黄萎病菌是侵染棉花造成产量和品质损失的重要病害,棉花抗黄萎病以往的研究进展都是在编码蛋白基因层面上对抗病机制进行的分析。本课题对棉花基因组中的非编码RNA和编码蛋白的基因同时进行研究,以鉴定和分析参与棉花黄萎病抗性相关的长链非编码RNA和与黄萎病抗性有密切关系的类受体蛋白基因家族。另外,我们利用三代测序,完成了黄萎病菌基因组组装,拟从黄萎病菌基因组变异的角度考察黄萎病菌与棉花的互作关系。取得主要结果如下:首先,该研究从全基因组水平描述了lncRNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)响应黄萎病菌入侵的概貌,阐述了lncRNA在棉花与大丽轮枝菌互作中的作用。研究发现lncRNA在不同棉种中响应病原侵染具有保守特性和特异性,但被病原诱导的lncRNA在海岛棉和陆地棉两个棉种中都具有在Dt亚基因组优势表达的特点。这表明异源四倍体棉花中共存的两个亚基因组在响应病原侵染时存在偏向性诱导表达,这与前人认为棉花对黄萎病的抗性可能源于D亚基因组相符。研究还发现,物种保守的核心lncRNA和物种特异lncRNA在基因组变异和表达上存在明显差异。物种特异lncRNA具有更多SNP变异,并在病原菌侵染时表现出更为强烈的诱导表达。进一步的基因本体富集分析暗示物种特异lncRNA和物种保守lncRNA可能在响应环境刺激方面扮演了不同的角色。后续的功能验证表明,降低两个lncRNA,GhlncNAT-ANX2和GhlncNAT-RLP7的表达水平后,激活了抗病激素信号路径,并显著增强了棉花对大丽轮枝菌和灰霉的抗性。本研究首次从全基因组水平描绘了 lncRNA对真菌病害的响应并对创新棉花抗黄萎病种质提供了新思路。在棉花抗黄萎病的研究中,唯一一个被证实对大丽轮枝菌具有完全抗性的位点是Vel,这个基因属于类受体蛋白。但是棉花中并不存在Vel这个基因,因此我们希望通过对棉花的全基因组进行筛选,找到控制黄萎病的关键基因。我们利用在拟南芥中验证过的方法,对海岛棉,陆地棉,雷蒙德氏棉和亚洲棉四个基因组进行全基因组筛选,分别得到100～300个类受体蛋白。同时,我们还比较了两个四倍体棉花基因组上RLP家族的不同特征,如进化速度,基因组分布和组织表达偏好等。结果发现大部分RLPs受到纯化选择;在海岛棉中,At亚基因组的R]LP数量更多,而陆地棉中,RLP在Dt亚基因组的分布更多。我们发现海岛棉中的RLPs在不同的根茎组织中具有更高的组织特异性。最后,我们利用VIGS方法鉴定了棉花黄萎病的候选RLPs,发现RLP13对棉花抗病具有正向调控作用,这将为棉花抗黄萎病育种提供有利的候选基因。为了更好的研究棉花与黄萎病的互作关系,我们利用Pacific Biosdences(PacBio)开发的单分子实时测序技术,我们完成了两个不同致病力菌株“落叶型”V991和“非落叶型”lcd3-2的测序和组装,最后利用Illumina测序的短序列文库来纠正基因组拼接的结果,最终得到两个菌株的高质量基因组。主要数据结果如下:本研究最终确定了由13和19个重叠群构建的得到的“落叶型”V991基因组(大小为35.7 Mb)和“非落叶型”lcd3-2基因组(大小为34.5 Mb),contig N50分别达到3.8Mb和3.5Mb;得到了V991的10941个蛋白质编码基因和lcd3-2的10971个蛋白质编码基因。比较基因组学系统地揭示了基因组结构变异、不同菌株之间的存在/缺失变异(present/absent variation,PAV)以及核心基因(core gene)和菌株特异基因(strain-specific gene)。结果发现core基因和strain-specifc基因无论是在基因特征还是在功能上,二者已经发生显著分化。PAV事件的发生将导致特异的新形成,这可能导致菌株特异性毒力和致病性分化。DNA甲基化的表观遗传信息显示在不同致病力菌株V991和lcd3-2中存在6mA和4mC的偏向分布。另外,我们发现4mC与高表达的活跃基因紧密相关。因此,与核心基因相比,特异基因4mC的低分布可能导致其较低的表达水平。以上结果将解析棉花与黄萎病菌的互作机制和创新棉花抗病种质提供理论基础。