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小麦叶锈菌（Puccina triticina）引起的小麦叶锈病在世界范围内发生普遍、危害严重。开展叶锈菌致病机制研究对于叶锈病的防控具有重要意义。利用小麦叶锈菌与抗叶锈近等基因系亲和与非亲和互作比较转录组差异表达开展小麦与病原菌互作研究，对揭示小麦叶锈菌致病机制具有重要意义。本试验对TcLr1无毒菌株14-7-984-181(FHKT)和有毒菌株15-9-1175(THKT)、12-15-21①(PHKT)，与TcLr1不同互作时期进行RNA-seq测序。所获得序列与叶锈菌参考基因组BBBD比对，获得最终的小麦叶锈菌基因信息，分析基因表达水平，在六大数据库(GO，KEGG，COG，Swiss-prot，Pfam，Nr)进行功能注释。比较毒性菌株与无毒菌株间差异表达基因，进一步利用生物信息学分析对差异表达的基因进行候选分泌蛋白预测并结合基因表达模式和功能，获得候选无毒基因avrLr1，为研究叶锈菌致病机理奠定基础。本实验获得主要结果如下:
1、小麦叶锈菌FHKT、THKT和PHKT通过Illumina Novaseq6000平台测序，锈菌萌发夏孢子及与TcLr1互作24h和6d的测序深度分别为6G，20G和12G，共获得12482个表达基因。数字表达谱分析发现三个菌株与TcLr1亲和与非亲和互作中差异表达丰富。14-7-984-181(FHKT)侵染TcLr124h和6d后，分别有1625和2049个基因显著上调表达，907和903个基因显著下调表达。1322个基因在两个时间点均上调表达，614个基因均下调表达。15-9-1175（THKT）侵染TcLr124h和6d后，分别有2203和3701个基因上调表达，951和2425个基因下调表达。1861个基因在两个时间点均上调表达，765个基因均下调表达。12-15-21①(PHKT)侵染TcLr124h和6d后，分别有2370和3692个基因上调表达，1037和2154个基因下调表达，2061个基因在两个时间点均上调表达，805个基因均下调表达。在互作24h，FHKT、THKT、PHKT分别463、562、1139个差异表达基因;在互作6d，FHKT、THKT、PHKT分别有506、962、786个差异表达基因，同一时期不同菌株在扣除孢子萌发基因表达情况，在互作24h，THKT、PHKT相较FHKT分别有41、267个差异表达基因;在互作6d，THKT、PHKT相较FHKT分别有1253、1285个差异表达基因;互作24h具有较大差异，互作6d基本无差异。
2、根据差异表达基因的KEGG富集及基因功能，筛选出可能与致病相关的17个代谢通路，包括44个糖酵解相关基因，23个囊泡运输相关基因，15个ABC转运子基因，28个GPI相关基因等可能在叶锈菌致病中有重要作用。
3、利用SignalP-5.1、TMHMM-2.0、Target-P利Effector P2.0对差异表达基因编码的氨基酸序列进行分泌效应蛋白预测，确定差异表达分泌蛋白共289个。其中13个avrLr1候选基因、9个吸器候选分泌蛋白和109个致病相关候选分泌蛋白。
4、利用Pfam对三类分泌蛋白的功能域进行预测，分别有1、3、7个蛋白具有功能域。将无功能域的12、6、102个分泌蛋白分别使用MEME进行motif预测与筛选，结果在4个候选AVRLR1中预测到3个motif，在12个致病相关候选分泌蛋白中预测到3个motif。最终预测到5个avrLr1侯选效应基因、3个吸器候选分泌蛋白和19个致病相关候选效应因子。
1、小麦叶锈菌FHKT、THKT和PHKT通过Illumina Novaseq6000平台测序，锈菌萌发夏孢子及与TcLr1互作24h和6d的测序深度分别为6G，20G和12G，共获得12482个表达基因。数字表达谱分析发现三个菌株与TcLr1亲和与非亲和互作中差异表达丰富。14-7-984-181(FHKT)侵染TcLr124h和6d后，分别有1625和2049个基因显著上调表达，907和903个基因显著下调表达。1322个基因在两个时间点均上调表达，614个基因均下调表达。15-9-1175（THKT）侵染TcLr124h和6d后，分别有2203和3701个基因上调表达，951和2425个基因下调表达。1861个基因在两个时间点均上调表达，765个基因均下调表达。12-15-21①(PHKT)侵染TcLr124h和6d后，分别有2370和3692个基因上调表达，1037和2154个基因下调表达，2061个基因在两个时间点均上调表达，805个基因均下调表达。在互作24h，FHKT、THKT、PHKT分别463、562、1139个差异表达基因;在互作6d，FHKT、THKT、PHKT分别有506、962、786个差异表达基因，同一时期不同菌株在扣除孢子萌发基因表达情况，在互作24h，THKT、PHKT相较FHKT分别有41、267个差异表达基因;在互作6d，THKT、PHKT相较FHKT分别有1253、1285个差异表达基因;互作24h具有较大差异，互作6d基本无差异。
2、根据差异表达基因的KEGG富集及基因功能，筛选出可能与致病相关的17个代谢通路，包括44个糖酵解相关基因，23个囊泡运输相关基因，15个ABC转运子基因，28个GPI相关基因等可能在叶锈菌致病中有重要作用。
3、利用SignalP-5.1、TMHMM-2.0、Target-P利Effector P2.0对差异表达基因编码的氨基酸序列进行分泌效应蛋白预测，确定差异表达分泌蛋白共289个。其中13个avrLr1候选基因、9个吸器候选分泌蛋白和109个致病相关候选分泌蛋白。
4、利用Pfam对三类分泌蛋白的功能域进行预测，分别有1、3、7个蛋白具有功能域。将无功能域的12、6、102个分泌蛋白分别使用MEME进行motif预测与筛选，结果在4个候选AVRLR1中预测到3个motif，在12个致病相关候选分泌蛋白中预测到3个motif。最终预测到5个avrLr1侯选效应基因、3个吸器候选分泌蛋白和19个致病相关候选效应因子。