植物和生物胁迫因子的相互作用是自然界普遍存在的现象。与植物对环境(非生物)的反应不同,植物和生物胁迫因子的相互作用会产生实时的信息交流和建立复杂的分子信号调控网络。本研究将陆地棉和烟草对病虫害互作的转录数据,与公共数据库中植物与生物逆境相互作用的转录数据进行了深入整合和利用,构建了差异表达的基因图谱并挖掘了植物的转录因子、抗性基因和调控网络,并解析宿主防御系统对生物逆境响应的分子机理,建立了开放和免费的数据库。同时,本研究对鉴定到的陆地棉防御生物逆境的一个关键基因——编码谷氨酸受体蛋白的基因进行了功能解析,创制了一批有育种价值的新型抗病虫棉花材料。主要结果如下:1.构建了植物与生物逆境互作转录图谱通过RNA-seq测序产生的陆地棉和烟草对病虫互作的转录数据联合公共数据库共收集到关于拟南芥、二穗短柄草、油菜、陆地棉、大豆、大麦、蒺藜苜蓿、烟草、水稻、高粱、番茄、马铃薯、小麦、玉米14种植物共计3207个与多种生物逆境相关的转录文库,原始数据33.09 TB。构建了各个植物响应生物逆境的表达基因矩阵,全面表征了植物参与典型防御通路功能基因表达谱,不同植物防御之间的相关性,表明了双子叶和单子叶植物在防御基因上表达的差异性。鉴定出91个核心直系同源组,进一步展示出植物具有的广谱性防御功能。2.鉴定了植物防御过程的转录因子调控网络、R基因和共表达网络研究发现,在植物防御过程中差异表达基因集所含的转录因子家族比例较低(8.19%),但是可以调控大量的下游基因。我们筛选出了在不同植物响应生物胁迫的差异的8个转录因子,并通过表达矩阵来构建转录因子家族的调控网络。接着,鉴定了R基因在植物中的分布和进化,发现大量的R基因参与了植物防御的过程,并鉴定出JNJ-42756493 IC50具有潜在广谱抗性的APSK基因家族。最后通过植物在生物逆境下的表达谱构建了不同植物的共表达网络,鉴定到植物在生物逆境状态下的4个核心直系同源基因家族及其相关网络,也表明了其通过植物激素信号,MAPK信号通路,苯丙素生物合成通路参与了植物的防御系统。3.构建了植物-生物逆境相互作用的开放数据库本研究将差异表达的基因图谱中对宿主防御反应的响应等参与防御功能的差异表达基因进行可视化。最终,我们建立了名为Immunity Landscape of Plant&Biotic stress database(ILPB,http://jinlab.hzau.edu.cn/ILPB/)的开放数据库。该数据库包含了14种植物,111种不同类型的生物逆境,57个植物转录因子家族,TNL、CNL、NL三种R基因类型的分布和表达,11.1万个网络基因网络信息。数据库具有:1.跨物种间同源基因的查询;2.对植物参与不同生物逆境的基因的功能查询并展示基因集的富集通路;3.展示鉴定到的植物转录因子家族成员和调控网络;4.植物的R基因的鉴定和信息查询;5.查看植物防御不同生物逆境的共表达网络和枢纽基因等功能。4.探究了陆地棉谷氨酸受体基因家族在生GDC-0068 molecular weight物胁迫中的功能本研究通过对植物与生物胁迫互作的转录图谱的挖掘分析,鉴定到一个受WRKY调控的差异表达基因——谷氨酸受体(GhGLR),并利用生物信息学鉴定到41个陆地棉的GhGLRs家族成员、分析了GhGLRs家族的进化和在生物逆境中的表达,发现第一、三亚族的A基因亚组和D基因亚组存在同源基因表达谱图相似并参与了棉花防御棉铃虫和斜纹夜蛾的过程。利用陆地棉转基因技术对其家族进行了突变体库的创制,研究得到135株独立的基因编辑转基因株系和30株过表达转基因株系。通过对突变体的研究,表明了GhGLRs在陆地棉中参与损伤信号向相邻叶片的传播并影响茉莉酸浓度,鉴定了GhGLRs定位于细胞膜上并表明在0.1m M浓度的谷氨酸溶液的作用下GhGLR5基因功能缺失进而降低了Ca~(2+)向胞内的流速,发现了GhGLR5基因功能缺失降低了陆地棉对黄萎病和斜纹夜蛾的抗性。综上所述,本研究利用大规模转录数据构建了跨物种之间响应生物逆境的差异表达基因图谱并分析了植物的转录因子、抗Aeromonas veronii biovar Sobria性基因、以及调控网络对宿主防御反应的响应,进一步建立了植物防御生物逆境领域中开放的数据库(ILPB)。同时,对陆地棉防御生物逆境相关的谷氨酸受体蛋白基因家族进行了鉴定,创制了家族突变体库,并利用突变体解析了谷氨酸受体基因通过Ca~(2+)信号与茉莉酸相关通路来参与陆地棉对黄萎病和斜纹夜蛾的防御。总而言之,本研究促进了植物防御生物逆境广谱抗性的研究,加深了相关研究对数据的利用,创制了一批有育种价值的抗病虫棉花材料,推动了植物在生物逆境防御方面的研究。