谷子起源于中国,在我国北方干旱地区广泛种植。它具有抗旱、耐瘠薄、耐盐碱,营养价值高等优点,在我国杂粮种植结构中起到了重要的作用。由粟单胞锈菌引起的谷子锈病是一种危害严重的世界性谷子病害。在锈病流行年份,通常导致谷子减产10%~30%。本文旨在通过对接种锈菌的谷子叶片进行Illumina高通量测序,全面、系统的了解谷子转录组特性,并探索谷子“十里香”抗锈相关基因以及抗锈相关机理,为抗锈育种提供新参考。本研究采集接种锈菌0 h、24 h和48 h的谷子“十里香”叶片样本后提取RNA,利用Illumina GA II x进行Solexa测序,共得到8,439,350条clean reads。将clean reads用SOAPdenovo软件进行从头组装,得到32538个Unigenes。将组装好的32538条Unigene进行注释,总共有23881条Unigene获得了注释,其中,有23811条Unigene注释到Nr数据库,16350条Unigene注释到Swiss Prot数据库,12223条Unigene注释到KEGG数据库,9250条Unigene注释到COG数据库,2240条Unigene注释到GO数据库。根据得到的注释信息初步明确了228个与防御机制有关的基因,448个与次生代谢物的生物合成,运输及分解有关的基因,5个与免疫系统过程有关的基因,以及161个与刺激响应有关的基因,对进一步分析谷子与锈菌非亲和互作基因表达模式,揭示谷子与锈菌相互作用机制奠定了基础。在转录组测序的基础上,又使用Illumina Hi Seq?2000对接种锈菌0 h、24 h和48 h的谷子“十里香”叶片进行了数字基因表达谱测序。构建的3个数字化表达谱文库分别得到3397826、3394432和3238980个clean tag。将包含32538个unigene的转录组数据库作为参考数据库。3个数据库的clean tag比对上了参考基因数据库的分别有2048811、2083275和2024290个,比对上的unigene为13806、16005和15426个,unambiguous tag比对上的unigene有13709、15887和15322个,占总参考基因数目的42.13%、48.83%和47.09%。将3个表达谱文库中unambigious tag匹配上的参考基因两两作对比筛选差异表达基因,其中24 h与0 h相比有4542个差异表达基因,48 h与0 h相比有5112个差异表达基因,48 h与24 h相比有968个差异表达基因。用GO分类对差异表达基因进行功能分类,发现“核糖核蛋白复合体”和“高分子配合物”是细胞组分中显著富集最明显的GO term;“结构分子活性”和“有机物质代谢过程”是分子功能中显著富集最明显的GO term;“细胞的氨基酸代谢过程”是生物学过程中显著富集最明显的GO term。对差异表达基因的KEGG pathway显著性富集分析发现,在上调路径中“核糖体”是最显著富集的路径,接下来依次是:“代谢途径”、“苯丙素类生物合成”、“苯基丙氨酸,酪氨酸和色氨酸生物合成”、“精氨酸和脯氨酸代谢”、“来源于莽草酸途径的生物碱生物合成”、“类固醇生物合成”、“苯丙烷生物合成”、“类黄酮生物合成”等。通过以上分析,筛选出一些与谷子抗锈相关的蛋白激酶、转录因子以及病程相关蛋白等基因以及植物-病原菌相互作用路径、苯丙烷生物合成路径等与谷子抗锈相关的路径,并初步推测其抗锈机制。通过转录组和表达谱分析,选取了34个基因,利用实时荧光定量PCR进行验证,并将定量结果与表达谱测序结果进行对照,验证结果的准确性。结果表明,两种方法的结果一致性达到97.06%,说明结果的可信度较高。接着,利用定量PCR比较这34个基因在抗病谷子品种“十里香”和感病品种“豫谷1号”接种锈菌后的表达情况。发现这些基因在抗性材料中的表达强度明显高于感病材料,其中Unigene5531(GLU)、Unigene15666(CHT)、Unigene25719(PER1)、Unigene734(MKK4)、Unigene12730(WRKY7)、Unigene30025(WRKY62)、Unigene30953(WRKY70)、Unigene11273(MYB)、Unigene29832(GST24)、Unigene7613(GST29)、Unigene30834(GST)、Unigene25649(SGT)、Unigene23762(PAL)、Unigene10309(HR)、Unigene13691(XA26)、Unigene14926(NPR1)、Unigene32120(RPS1/RPM2)、Unigene16195(DR)和Unigene1811(DR)的表达差异尤其明显。