藜麦(Chenopodium quinoa Willd.)是原产于南美洲安第斯山区的传统古老的粮饲兼用型作物,近年来在我国发展非常迅速。藜麦霜霉病由病原菌Peronospora variabilis G?um.引起,是危害藜麦最严重的全球性病害之一,可造成33%～100%的产量损失。因此,开展藜麦种质抗性评价及其抗病机理研究,对促进我国藜麦霜霉病的防控和藜麦产业的健康发展具有重要意义。本研究系统调查了甘肃藜麦霜霉病的发生危害和致病力分化情况,鉴定和确定了病原菌种类,在此基础上对49份藜麦(C.quinoa)种质和1份台湾红藜(Chenopodium formosanum)在本土环境下进行了霜霉病抗性鉴定和评价。以筛选出的不同抗性藜麦种质为试验材料,探究P.variabilis侵染对藜麦生理生化特性的影响,并从转录组和激素代谢水平对其响应P.variabilis侵染的分子机制进行了研究,获得如下主要结果:(1)甘肃藜麦霜霉病发生危害普遍严重,局部地方呈爆发态势,平均发病率为19.26%～83.7%,病情指数为16.67～80.44;不同生态区危害程度由高到低依次为,临夏二阴气候区>甘南高寒阴湿区>天祝高寒区>兰州半干旱区>Antibiotic kinase inhibitors白银干旱区,危害程度与环境湿度密切相关;结合形态学和RNA-ITS序列分析鉴定,将甘肃藜麦霜霉病病原菌确定为P.variabilis,且不同生态区霜霉病菌株之间存在地理种群遗传分化;不同生态区菌株孢子囊和卵孢子大小差异显著(P<0.05),菌株致病力也存在显著差异(P<0.05),致病力从大到小依次为,菌株GSKL>菌株GSLT>菌株GSBY>菌株GSLZ>菌株GSTZ。(2)采用田间自然感病和室内离体叶片接菌鉴定方法,对49份藜麦种质和1份台湾红藜进行了霜霉病抗性评价和筛选。结果表明:P.variabilis对藜麦的侵染程度存在较大变异(发病率13.30%～100.00%,病情指数1.00～100.00),藜麦种质对P.variabilis的抗性存在明显差异;两个种的50份材料中,高抗材料只有1份,为‘台湾红藜’,占参试材料的2.00%;抗病材料1份,为‘QA064’,占比2.00%;中抗材料2份,分别为‘陇藜2号’和‘HL-Q5’,占比4.00%;感病材料3份,分别为‘QA045’、‘QA050-2’和‘青海-02’,占比6.00%;其余43份材料均表现高感,占比86.00%。在国内外首次发现藜麦的近缘种‘台湾红藜’能够被P.variabilis侵染,但其抗性表现为高抗。(3)分别对藜麦抗病品种‘QA064’和高感品种‘QH-01’的叶片接种P.variabilis,测定其抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)、抗病相关酶(PPO、PALGSI-IX体内实验剂量和β-1,3-glucanase)活性和渗透调节物质脯氨酸(Pro)含量的变化,结果表明:与对照相比,接菌后不同抗性品种的抗氧化酶、抗病相关酶活性及脯氨酸(Pro)含量总体变化趋势均呈先上升后降低。抗病品种‘QA064’在感染霜霉病后能够迅速提高其抗氧化酶、抗病相关酶活性和渗透调节物质含量以抵抗病菌侵害。(4)首次对抗病品种‘QA064’和感病品种‘QH-01’接种P.variabilis后进行了转录组学分析,‘QA064’有3919个差异表达基因(DEGs),上调和下调表达的基因数目分别为1800和2119个,‘QH-01’有1660个DEGs,上调和下调表达的基因数目分别为826和833个;有546个DEGs为两品种共有,‘QA064’特有3373个,‘QH-01’特有1114个。这些基因主要参与了代谢途径、次生代谢生物的合成、植物-病原体互作、植物激素信号转导、碳代谢、光合作用、苯丙烷生物合成、MAPK信号通路-植物和淀粉和蔗糖代谢途径等。仅在抗病品种‘QA064’的上调DEGs中显著富集到苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成途径,该途径上编码苯丙氨酸解氨酶(PAL)、4-香豆素酸-Co A连接酶(4CL)、咖啡酰莽草酸酯酶(CSE)、查尔酮合酶(CHS)等关键酶的基因上调,在感病品种‘QH-01’中则下调或变化不显著,推测该途径在‘QA064’的抗病过程中起着关键作用。此外获悉更多,有2920个DEGs被注释为转录因子,分布在92个转录因子家族中,与抗病有关的MYB、WRKY、b ZIP家族中分别分布了105、93和87个转录因子,可能与藜麦的抗病性密切相关。(5)采用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)法对抗病品种‘QA064’和感病品种‘QH-01’接种P.variabilis后的激素代谢物进行了检测与分析,并与转录组进行了关联分析。结果表明:‘QA064’接菌处理有3个JA代谢物的表达量较对照显著上升(2.64、6.12和6.11倍),而‘QH-01’有9个激素类差异积累代谢物(DAMs)的含量出现显著变化,其中1种ABA(0.32倍),5种JA(0.27、0.23、0.26和0.32倍)和1种SL(0.30倍)差异代谢物的表达量显著降低,1种JA和1种SA激素差异代谢物表达量明显上升(2.25和2.87倍)。表明抗病品种‘QA064’在感染霜霉病后JA介导的防御系统被激活,而在感病品种‘QH-01’中多个激素信号转导途径被激活。KEGG富集分析发现,二者均富集在植物激素信号转导通路、代谢通路、次生代谢物生物合成和α-亚麻酸代谢途径。联合分析发现,P.variabilis侵染主要涉及植物激素信号转导途径和α-亚麻酸代谢途径。藜麦与P.variabilis的互作过程中,JAR1和MYC2相关基因在JA合成及信号转导途径中起着关键作用,转录因子TGA和PR1在SA合成及信号转导途径中发挥着重要作用。综上,本研究摸清了甘肃藜麦霜霉病的发生及危害情况,确定了其病原菌P.variabilis,筛选到了一批抗病藜麦种质。发现藜麦抗病品种‘QA064’感染P.variabilis后,表现出较好的渗透调节能力,维持较高的相关防御酶活性;JA信号系统被激活;通过苯丙烷生物合成和类黄酮生物合成途径提高了对霜霉病的抗性。