稻曲病菌（Ustilaginoidea virens）所引起的稻曲病是水稻上的最重要病害之一。稻曲病是水稻穗部病害,发病严重时,在稻穗上形成大量稻曲球造成水稻减产;此外,稻曲球中产生的稻曲病菌毒素严重威胁到人畜健康。稻曲病是一种新近爆发的病害,对其致病的分子机制的了解十分有限。因此,对于稻曲病菌进行基因组学研究,将为揭示稻曲病菌的致病分子机理奠定基础。本实验前期研究中首次获得了稻曲病菌的基因组序列与框架图,本论文在此基础上采用生物信息学方法,在基因组学、转录组学、蛋白质互作组学等不同层面上开展相关的稻曲病菌多重组学研究工作。首先,系统比对了稻曲病菌与近缘物种绿僵菌的基因组,发现这两个物种具有较好的基因序列共线性和蛋白相似性,然而,分泌蛋白尤其是预测的效应蛋白的保守性在两个物种中比其他蛋白明显偏低很多。效应蛋白基因簇的局部共线性分析发现,效应蛋白基因簇往往位于较保守的共线性区域之间,但其自身在两个物种中却不具有保守性,体现了效应蛋白基因特殊的进化机制。而基于不同稻曲病菌菌株的基因组比较分析发现,稻曲病菌种内核苷酸序列差异较小,单核苷酸多态性比例很低。利用RNA-seq测序技术,还对稻曲病菌侵染水稻的早期表达谱进行了分析,发现稻曲病菌中一系列与植物互作相关的基因、分泌蛋白和次生代谢相关基因在侵染中显著差异表达,推测其参与了稻曲病菌早期侵染的致病过程。第二,基于同源蛋白的映射和结构域互作的推演,构建了稻曲病菌的蛋白质间互作网络,网络中包含了 3,305个蛋白之间共计20,217对互作关系。利用基于GO注释和表达相关性的计算方法,并利用酵母双杂交技术,验证了互作网络的可靠性。分析拓扑结构发现,网络具有典型的“无尺度”网络特征,少数枢纽蛋白可能与大量蛋白互作,且枢纽蛋白可分类为静态和动态两类,两者在拓扑结构和功能上均存在明显差异。结合预测的致病蛋白和表达谱数据,获取了致病相关次级蛋白互作网络,该网络在复现了许多已知致病蛋白的同时,也预测了若干潜在的致病相关蛋白,为深入解析病原菌致病的分子机理奠定了基础。此外,还构建了稻曲病菌分泌蛋白与水稻蛋白的互作网络,发现稻曲病菌与水稻蛋白的功能倾向性存在明显差异,稻曲病菌蛋白可能通过靶标水稻互作网络中的枢纽蛋白而发挥作用。最后,利用第三代高通量测序技术将稻曲病菌基因组首次拼接到染色体水平,发现稻曲病菌基因组大小为37.06 Mb,7条染色体的长度从2 Mb至7 Mb不等。从中预测到的重复序列更加完整,并预测得到8,297个编码基因。虽然,与第一版基因注释相比,基因数目略有减少,但是重要功能基因如分泌蛋白、效应蛋白基因的数目均有提升。通过多菌株核苷酸序列比较发现,不同菌株之间的差异主要集中在重复序列区域,而非基因区域。此外,成功构建了多个稻曲病菌菌株的完整线粒体,比较于其他常见病原真菌,稻曲病菌线粒体序列较长,不同菌株间其序列长度也存在差异,主要是由于归巢核酸酶侵入特征不同所导致。此外,还发现基于线粒体与染色体序列构建的菌株间进化关系存在明显差异。综上,本文基于生物信息学方法,在多组学层面上较为系统的针对稻曲病菌的基因组序列、致病基因、蛋白互作网络、物种间和物种内差异等方面进行了数据挖掘,加深了对于稻曲病菌致病机理和进化特征的认识和理解。