白粉病是重要的世界性植物真菌病害,常年引发多种经济作物减产。白粉菌为活体专性寄生菌,无法离体培养,尚未建立稳定高效的遗传转化体系,导致分子致病机理研究较为滞后。全基因测序报道白粉菌基因组扩张,丢失大量致病和次级代谢相关基因,并拥有大量物种特异的候选分泌效应蛋白,用于调控寄主的免疫反应。为了深入挖掘白粉菌针对专性活体营养生活方式的基因组特征,加深对白粉菌效应蛋白进化差异与寄主适应性关系的了解。本研究完成橡胶白粉菌(Oidium heveae)基因组测序,全面展示橡胶树白粉菌基因组特征以及致病效应分子数量差异。通过比较基因组分析白粉菌,锈菌和霜霉菌等专性活体营养型病原菌,以及死体营养型、半活体营养型和腐生型真菌,揭示白粉菌以糖类代谢途径收缩和脂类代谢途径保留作为营养代谢方面的适应性进化策略;检测物种间效应蛋白进化选择压力差异,发现效应蛋白在大麦白粉菌、小麦白粉菌支系和橡胶树白粉菌、葡萄白粉菌支系之间出现进化分歧,进一步说明效应蛋白在植物-病原菌互作中扮演的重要角色。主要研究结果如下:1.橡胶白粉菌基因组测序注释本实验对Oidium heveae基因组进行测序,组装得到约62.28Mbp基因组,包含 13,271 个 scaffolds,scaffoldN50 长度为 51.94kbp,重复序列比例 49.17%,K-mer预测基因组大小110.57Mbp,真核生物核心基因覆盖度97.18%,证明O.heveae组装注释结果可靠。预测得到6,377个编码蛋白的基因,其中编码候选分泌效应蛋白基因133个,明显少于麦类白粉菌,证实橡胶树白粉菌基因组的致病相关基因存在特殊性。2.白粉菌基因家族收缩比较基因组揭示白粉菌,锈菌和霜霉菌等专性活体营养型病原菌亲缘关系较远,并且都缩减侵染致病相关的糖类活性水解酶、蛋白酶、转运蛋白和病原菌-寄主互作蛋白数量,出现趋同进化。不同营养类型的物种之间基因同源家族差异明显,包含橡胶树白粉菌、葡萄白粉菌、大麦白粉菌和小麦白粉菌等4个物种的白粉菌支系出现显著的基因收缩现象,丢失的基因家族主要涉及碳水化合物代谢功能,并丢失大部分纤维素酶,半纤维素酶和果胶酶基因。3.白粉菌糖类代谢收缩和脂类代谢保留通过比较橡胶树白粉菌、葡萄白粉菌、大麦白粉菌和小麦白粉菌等4个白粉菌物种与死体和半活体营养型病原菌,获取2,646组保守基因集和744组白粉菌缺失基因集,保守基因涉及脂类代谢,信号转导和能量循环途径;缺失基因主要涉及碳水化合物代谢途径,并大量丢失能将植物果胶降解为甘油的果胶酶,说明白粉菌在通过糖类代谢获取能量方面与其它致病菌存在显著差别。进一步发现4个白粉菌基因组均保持脂类代谢通路和下游能量代谢途径完整,预示脂类可能作为备选碳源。4.白粉菌效应蛋白编码基因快速进化通过构建橡胶树白粉菌、葡萄白粉菌、大麦白粉菌和小麦白粉菌的同源基因集,鉴定白粉菌基因对选择压力,发现白粉菌的单拷贝直系同源基因集趋向于经受纯化选择,其中橡胶树白粉菌和葡萄白粉菌分支,以及大麦白粉菌和小麦白粉菌分支特有的效应蛋白基因选择压力显著高于分支的其它基因,说明编码效应蛋白的基因是一类快速进化的潜在致病基因。5.效应蛋白在橡胶树白粉菌和葡萄白粉菌等单子叶白粉菌,和大麦白粉菌和小麦白粉菌等双子叶白粉菌分支之间分歧进化白粉菌效应蛋白序列变异较大,橡胶树白粉菌和葡萄白粉菌分支效应蛋白家族数量,保守模序数量和核糖核酸酶结构域基因都少于大麦白粉菌和小麦白粉菌。白粉菌可能具有共同的核糖核酸酶祖先基因。橡胶树白粉菌和葡萄白粉菌效应分子家族主要经受纯化选择,基因复制事件较少;大麦白粉菌和小麦白粉菌的效应分子家族经受正选择压力,基因复制事件较多;正选择家族具有蛋白序列短,基因数量少等特征。橡胶树白粉菌编码候选分泌效应蛋白基因承受负选择,与橡胶树物种受到的驯化强度弱有潜在关联,体现橡胶树白粉菌与寄主橡胶树的协同进化关系。6.效应蛋白基因在互作过程多样化表达分析白粉菌和拟南芥时间序列互作转录组,证实寄主-白粉菌互作过程中,编码效应蛋白基因表达模式多样化,且主要呈现上调表达。拟南芥pPs-MLA1寄主在互作过程触发防卫反应相关途径基因上调,能够广泛抑制效应蛋白基因在后续侵染阶段表达。