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我国是农业大国，由病原微生物导致的植物病害严重影响了我国农业的发展，制约了我国的农产品进出口，危害着我国的粮食安全。研究植物病害的病原体、发掘新型植物病原拮抗菌，加强植物病害的生物防治，对我国乃至世界的农业发展和环境保护都具有重要的意义。本研究针对在我国危害严重的水稻病害和生姜病害，开展稻曲病菌拮抗菌产黄青霉的基因组学和转录组学以及生姜根腐病病原菌的鉴定、致病机理等研究，旨在为水稻和生姜两种病害的生物安全防治提供理论依据。 产黄青霉(Penicillium chrysogenum)被用于生产青霉素和β-内酰胺类抗生素具有十分悠久的历史。在本实验室前期研究工作中，分离得到了一株产黄青霉菌株P.chrysogenum KF-25，该菌株对水稻稻曲病的病原菌稻绿核菌(Ustilaginoideavirens)具有高效拮抗作用。本研究完成了产黄青霉KF-25的基因组测序和分析，该株产黄青霉是第一株完成全基因组测序的产黄青霉野生菌株，其基因组大小为29.9Mb，共编码9804个开放阅读框（open reading frame，ORF）。在产黄青霉KF-25的基因组中有大量的转运蛋白及辅助分泌蛋白的编码基因，这些蛋白可能对产黄青霉二级代谢产物及蛋白的转运和分泌具有重要的作用。此外，KF-25的基因组编码了13个属于双组份系统的蛋白，在这13个预测的蛋白中，有5个蛋白属于渗透压调节相关的双组份系统，另外8个蛋白主要是参与感应和适应药物环境、调节菌体细胞周期以及荚膜生物合成等生命过程。对KF-25基因组的代谢通路分析发现，KF-25基因组中有大量二级代谢相关基因参与33个预测的二级代谢通路和23个预测的二级代谢产物合成。经过序列比对，发现KF-25的基因组中有大量的与产黄青霉金色病毒科病毒相似的序列。比较基因组学分析表明，KF-25的基因组与产黄青霉的实验室突变菌株Wisconsin54-1255的基因组具有高度相似性，但KF-25的基因组比Wisconsin54-1255的基因组小2.3Mb; KF-25的基因组上有355个特异基因，这些基因大多功能未知，仅有少量基因编码的蛋白参与转运、代谢和信号转导等过程。KF-25的特异基因KF25_6369，编码葡萄糖氧化酶，被认为与苹果青霉病相关。与Wisconsin54-1255相比较而言，KF-25具有更强的产黄色素的能力。产黄青霉KF-25的基因组上只有一个青霉素合成基因簇。利用高效液相色谱(HPLC)技术检测KF-25和Wisconsin54-1255的发酵液，结果显示，产黄青霉KF-25可以产生青霉素，且在KF-25的HPLC图谱发现了抗稻曲病活性物质的疑似峰。对KF-25的基因组测序和分析加深了对产黄青霉的生物学、系统进化和环境适应性等特性的认知，而对基因组上大量二级代谢相关基因簇的分析也为新型生物活性物质的鉴定提供了指导。 据文献报道，在高渗透压条件下，产黄青霉具有更好的二级代谢产物合成能力，并能形成更多的分生孢子。在本研究中，在高渗透压条件下KF-25的生长和抗稻曲病活性物质的合成均受到了影响。为了分析渗透压调节KF-25抗稻曲病活性物质合成及生命活动的机制，分别使用察氏培养基(Group1)（不含氯化钠）和含7％氯化钠的察氏培养(Group2)培养KF-25，并对KF-25在两种条件下的转录组进行了测序和分析。转录组学分析发现，KF-25在高渗培养条件下，有9132个基因发生了转录，在低渗条件下有9074个基因发生了转录;其中在Group2（高渗）中转录上调的基因有507个，转录下调的基因有442个，还有227个在Group1中没有转录的基因在Group2中检测到转录，有169个在Group1中转录的基因在Group2中未检测到相应的转录。在Group2中转录上调倍数最高的为棒状蛋白，该蛋白是真菌分生孢子的重要组成成分。此外，感应激酶编码基因在Group2中也明显出现了转录上调，这可能说明在高渗透压条件下，双组份系统中的感应激酶感应渗透压胁迫，并通过各种信号传递通路调节菌体的细胞分裂、分生孢子形成及二级代谢等生命进程。在Group2中，感应激酶感应外界渗透压并通过一系列激酶使得下游的转录调节因子SskA(KF25_8216)和SrrA(KF25_2492)转录水平上调，这两个转录调节因子上调与分生孢子形成相关的基因BrlA，该基因的上调表明在高渗的条件下产黄青霉可能通过形成更多的分生孢子从而实现其在高渗透压条件下物种的延续。FadA和LaeA是许多二级代谢的直接调节基因，在高渗透压条件下，这两个基因的转录水平上调，这可能是KF-25在高渗的条件下产生较多抗稻曲病菌活性物质的原因。在Group2中转录水平显著上调的基因还有HC-toxin合成酶、抗真菌蛋白PgAFP、防御素及其他参与抗真菌物质合成的蛋白质编码基因。对KF-25的转录组学分析揭示了产黄青霉适应高渗透压条件的分子机制，为KF-25抗稻曲病活性物质的发酵条件优化提供了理论指导。 生姜在我国有着巨大的食用和药用价值，在我国山东等生姜种植基地，生姜根腐病严重制约了生姜的生产，然而目前对其病原菌的认知尚不清楚，更是缺乏有效的生物防治手段。本研究从山东生姜种植基地采集的腐烂生姜及土壤样品中分离鉴定出一株生姜根腐病的病原菌短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus) GR8，并完成了对其致病力、发病条件和致病机理的研究。研究结果表明，B.pumilus GR8可导致严重的生姜根茎腐烂症状;GR8为条件致病菌，仅在生姜根茎表面有创伤时才可导致生姜的腐烂。该菌株侵染生姜后可在生姜根茎组织的薄壁组织细胞间隙定殖并形成芽胞，导致生姜薄壁细胞结构的破坏、细胞内淀粉粒体积减小。对该病原菌的鉴定为防治生姜病害生物农药的研发提供了指导，对山东等地生姜病害的防治有着重要的意义。