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泡桐丛枝病是由植原体引起的一种传染性病害,是影响泡桐产业化发展的重要问题之一。在过去的40多年中,科研工作者对泡桐丛枝病的发病植株进行了形态、生理生化等方面研究,但限于植原体很难体外培养且泡桐和植原体基因组未公布,致使植原体的致病机理和丛枝病的发病机理研究仍未阐述清楚。本实验室前期研究表明,适宜浓度的甲基磺酸甲酯（MMS）和利福平处理能使丛枝病幼苗的形态转变为健康苗,且体内检测不到植原体的存在。为了阐明泡桐丛枝病发生过程中相关基因表达和DNA甲基化水平及模式的变化情况,从而为揭示泡桐丛枝病发生机理奠定基础,在完成泡桐基因组测序研究的基础上,本研究利用Illumina分析技术对植原体侵入泡桐体内各个阶段泡桐的转录组和DNA甲基化进行了系统性研究。主要结果如下:1.通过转录组分析研究,筛选出了与泡桐丛枝病发生特异相关的20个基因。在MMS处理的白花泡桐丛枝病幼苗的不同样品的比较组中共发现基因33,302个基因,在利福平处理的不同样品的比较组中共获得有33,418基因,基于2种试剂处理的白花泡桐丛枝病幼苗的转录组数据,采用加权基因共表达分析法对基因表达趋势进行分析,共找到26个模块,其中与丛枝病特异相关的module有4个,lightgreen、navajowhite2、darkmegenta和darkviolet,分别包含323个、503个、363个和992个基因。通过进一步的比较分析,获得了ubiquitin receptor RAD23c-like等20个与丛枝病发生特异相关基因。2.首次绘制了泡桐丛枝病的DNA甲基化图谱。MMS处理的不同样品中显示每个样品的m CG甲基化水平最高,其次是m CHG,最后是m CHH,利福平处理的不同泡桐幼苗中结果类似。泡桐发病后的DNA甲基化偏向于m CG类型。本研究以发生3种甲基化类型的位点数统计了2种试剂高低浓度处理的泡桐幼苗的碱基偏好性,结果显示2种试剂处理的幼苗中发生甲基化的类型数偏向于m CG类型比例最高,其次是m CHG,最后是m CHH。通过单碱基分辨率分析,绘制了植原体感染后白花泡桐丛枝病幼苗发病过程的DNA甲基化图谱。3.证实了DNA甲基化水平变化是引起泡桐发生丛枝病的重要原因。甲基化水平分析显示,植原体感染泡桐后健康苗的甲基化水平为20.43%,病苗的甲基化水平为23.42%。在MMS高浓度处理的幼苗中,甲基化水平处理随着处理时间的延长,DNA甲基化由24.85%降为20.87%;在MMS低浓度处理的幼苗及随后继代中,DNA甲基化由21.25%降为19.83%再升到25.57%。在利福平高浓度处理的幼苗中,甲基化水平处理随着处理时间的延长,DNA甲基化由21.65%降为18.89%;在利福平低浓度处理的幼苗及随后继代中,DNA甲基化由22.72%降为16.72%再升到29.04%,说明植原体感染泡桐后引起了甲基化水平升高。4.阐明了DNA甲基化模式变化是引起泡桐丛枝病发生的另一重要原因。2种试剂处理样品在同一时间点均以m CHH的甲基化类型比例最高,其次是m CG,最低的为m CHG,在不同样品间的甲基化以m CHH和m CG变化为主,m CHG变化不明显。在MMS高浓度处理的幼苗中,m CHH类型随着处理时间的延长（10 d到20 d）该类型的甲基化比例由54.17%降到47.53%,m CG类型变化趋势则与m CHH相反,在MMS低浓度处理的幼苗中,m CHH类型随着处理时间的延长（10 d到20 d）该类型的甲基化比例由48.48%升到53.41%,m CG类型变化趋势则与m CHH相反;在利福平高浓度处理的幼苗中,m CHH类型随着处理时间的延长（10 d到20 d）该类型的甲基化比例由55.02%降到51.21%,m CG类型变化趋势则与m CHH相反,在利福平低浓度处理的幼苗中,m CHH类型随着处理时间的延长（10 d到20 d）该类型的甲基化比例由49.21%升到51.72%,m CG类型变化趋势则与m CHH相反;该结果说明了丛枝病的发生与m CHH和m CG甲基化模式变化密切相关。5.通过DNA甲基化与转录组关联分析,找到了与泡桐丛枝病发生的关键调控基因及调控途径。通过甲基化组与转录组的关联分析,在不同比较组间共获得了404个在转录组中呈现差异表达的甲基化基因。GO分类结果显示这404个基因的功能主要富集在50个Go term中,其中氧化还原过程、调控转录、转录、钙离子相关以及蛋白质磷酸化是主要的Go term;KEGG pathway代谢通路分析发现这些基因主要参与碳水化合物代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、辅因子和维生素等代谢通路中。进一步将这404个基因与转录组获得的20个与丛枝病发病相关的基因进行关联,结果筛选出methylecgonone reductase-like等12个与丛枝病发生关键调控基因,其功能主要涉及光合作用、植物防御和信号转导等方面。