植物在充满挑战的环境中不断受到各种病原菌的威胁。三七作为我国传统的名贵中药材大品种,病害是制约三七优质稳产的主要因素。其中,三七黑斑病（病原菌为人参链格孢菌Alternaria panax Whetzel）是三七生产中主要的毁灭性病害,每年给三七生产带来巨大的损失,然而三七免疫应答调控的分子机理还不清楚。三七叶部病害的防治主要依赖施用化学农药进行防治。因此,深入挖掘三七免疫应答调控机理,通过生物学方法提高三七先天免疫和抗病能力是三七绿色农业可持续发展的有效策略。本研究取得的成果如下:1、通过利用转录组和蛋白质组学技术,分析了三七响应人参链格孢菌A.panax侵染的氧化应激反应,发现了木质素合成和褪黑素合成途径。研究表明,病原菌感染导致三七转录组和蛋白质组发生显著变化,鉴定到136100个转录本和4468个蛋白质。通过转录组和蛋白质组图谱的整合,揭示了许多候选转录本/蛋白质可能在三七应激反应激活期间参与木质素和褪黑素合成。其中,褪黑素合成途径中的关键基因Pn COMT1的表达水平和蛋白质丰度显著上调,并且内源褪黑素含量也显著增加,表明A.panax诱导了三七内源褪黑素的积累,从而激活了三七的防御反应。2、从三七中克隆了Pn COMT1基因,并分析了其在转基因植物病原菌抗性中的作用。结果表明,通过拟南芥原生质体亚细胞定位发现Pn COMT1编码的蛋白定位在细胞质中,过表达Pn COMT1转基因拟南芥（Pn COMT1-OE）比野生型Col-0植物含有更高浓度的内源性褪黑素。与Col-0相比,Pn COMT1-OE植物在Pst DC3000感染后表现出更高的气孔敏感性和MAPK活性,并且过表达Pn COMT1也增加了转基因植物的细菌抗性。在Pst DC3000处理下,转基因植物防御相关基因的表达高于野生型。在病原菌胁迫下转基因植株表现出较好的生长和生理性能,如抗过氧化物酶活性更高,表明Pn COMT1通过增强植物褪黑激素的合成来正向调节生物胁迫抗性。3、揭示了褪黑素在三七和模式植物拟南芥气孔免疫中的作用。结果表明,褪黑素诱导的气孔关闭在防止Pst DC3000入侵方面起着重要作用。Pst DC3000通过激活MAPK和NADPH氧化酶介导的三七中活性氧的产生。植物褪黑素受体1（PMTR1）是一种质膜蛋白,用于感知气孔关闭和MAPK激活中的褪黑素信号传导。分子和遗传学实验发现PMTR1对flg22和褪黑素诱导的MAPK激活至关重要,这种激活方式与GPA1无关。GPA1在FLS2/BAK1的相同遗传途径,以及在气孔关闭中PMTR1介导的flg22和褪黑激素信号传导中起作用。pmtr1中的气孔对褪黑素和flg22不敏感,但褪黑素的应用诱导了气孔关闭并减少fls2和bak1突变体植物中的细菌生长,表明PMTR1可能是FLS2和BAK1介导的气孔免疫的下游信号分子。4、分析了褪黑素在田间条件下对三七叶片抗病性的作用,并检测了皂苷含量以评估褪黑素在农业实践中的适用性。结果表明,外源应用褪黑素通过上调参与其生物合成的基因来促进内源性植物褪黑素的积累。与对照相比,施用10μM褪黑素使三七叶片病害（灰霉病、圆斑病和黑斑病）的发生率降低了约40%,这可能是由于与免疫和抗病相关的基因表达增加引起的。此外,褪黑素的使用也显著增加了皂苷含量及其生物合成相关基因的表达。综上所述,本研究首次通过分析人参链格孢菌胁迫下三七叶的转录组和蛋白组,以及代谢组数据,从中筛选出三七中的一个褪黑素合成基因Pn COMT1,通过功能验证发现Pn COMT1可能正调控病原菌胁迫下的应激反应和内源褪黑素的合成,这可能成为今后研究三七植物抗病防御机制的潜在候选基因。同时,还利用分子遗传学实验证实了褪黑素在启动植物气孔免疫方面具有新的功能,这为植物褪黑素信号转导途径提供了新的见解。此外,褪黑素作为信号分子,通过调控相关基因表达,提高内源褪黑素的生物合成水平,刺激了三七植物先天免疫和皂苷的生物合成。这些结果说明褪黑素可用于三七的农业防治,并为三七绿色栽培提供了新的理论和实践依据。