菲利普孢囊线虫(Heterodera filipjevi)是世界禾谷类作物生产上的一种重要病原线虫,对该类作物生产造成严重损失。在我国,菲利普孢囊线虫病主要发生在河南省,造成小麦生产大幅度减产。近年来,随着农业生产集约化和机械化的发展,该病发生面积逐年扩大,迫切需要加强菲利普孢囊线虫致病机理以及小麦品种及种质资源的抗性研究,以促进对该病的有效防治。目前,对小麦菲利普孢囊线虫分子致病机制的研究很少,利用基因芯片技术分析菲利普孢囊线虫侵染后小麦根系基因表达特征的研究未见报道。在小麦禾谷孢囊线虫病防治策略中,利用抗病品种最为经济有效,但我国小麦生产实践中主要推广品种的抗性普遍都较差,从其他种质资源筛选抗性资源尤为重要。目前针对除推广小麦品种外的其他种质资源以及近缘材料对菲利普孢囊线虫抗性鉴定的研究报道相对较少。“中国春”是小麦遗传学研究的标准栽培品种,以抗病力弱、适应性差而著称,适合进行菲利普孢囊线虫分子致病机理研究;而小麦近缘材料中携带多种小麦抗性基因,可能存在对菲利普孢囊线虫具有良好抗性的基因。鉴于此,本研究以“中国春”及若干小麦近缘材料、种质资源为主要试验材料,进行如下研究:(1)采用定制的小麦基因芯片(Agilent 4×44K wheat whole-genome oligo microarray,含43803个探针,涵盖了42000个小麦基因),分析菲利普孢囊线虫侵染组在接种24 h后与未接种对照组小麦幼苗根系基因表达谱的差异,为阐明菲利普孢囊线虫致病分子机制以及筛选与寄主早期防卫反应相关和与线虫取食位点建立相关的基因提供理论依据。根据差异基因筛选的条件,菲利普孢囊线虫侵染后,在小麦根系筛选得到820个差异表达的基因,其中496个基因上调表达,324个基因下调表达,共有317个基因有注释结果。根据GO(Gene Ontology)分析,317个差异表达的基因有注释结果,有17.35%的基因与代谢有关,包括氨基酸/蛋白质的代谢、能量代谢、碳水化合物代谢、脂肪酸和脂类代谢;有23.97%的基因与植物的转录调控有关,本研究中差异表达的转录有关的基因归类在AP2-EREBP、bZIP、C2H2、MYB、TLP、WRKY等18个转录因子家族;15.14%的差异表达基因与信号转导有关,如突触信号传送、与细胞的生长、分化、细胞骨架、蛋白质运输和分泌等有关的ras相关蛋白、信号转导G蛋白等;有3.15%的差异表达基因的功能与细胞结构有关;5.36%的差异基因参与防卫或应激反应,主要为核苷酸结合位点区-亮氨酸重复序列区(nucleotide binding site-leucine-rich repeats,NBS-LRR)类抗性(R)基因、过氧化物酶相关基因、病程相关蛋白基因(pathogenesis-related protein)等;8.52%的差异基因参与转运功能;12.30%的基因与蛋白质合成有关;其余基因的功能未知。(2)利用qRT-PCR技术对差异表达的WRKY族的3个转录因子在两个感病小麦品种中的时序动态表达进行分析,为后续进一步研究菲利普孢囊线虫侵染小麦后不同时段基因表达的差异奠定基础。研究发现,在接种菲利普孢囊线虫后,WRKY和WRKY74-a两个基因在中国春和新麦18根系中表达模式不同,在接种后的48h和168h,WRKY基因在同样是感病品种的中国春和新麦18两个小麦品种根系中,表达差异较大,在接种后的整个时段,该基因的表达量差异较小。WRKY74-a的时序表达情况与WRKY相似。WRKY8基因在接种菲利普孢囊线虫的早期(48h之前)相对表达量高,但随接种后时间的延续,WRKY8基因在小麦根系的表达量逐渐减少。(3)对一些小麦抗性资源丰富的近缘材料(山羊草属、偃麦草属和簇毛麦属)和26个携带有不同抗性基因来源的种质资源对菲利普孢囊线虫的抗性进行分析,以期对生产上选育和利用抗病品种提供依据。结果表明:(1)卵穗山羊草中对菲利普孢囊线虫无免疫材料,但有一份材料表现高抗,多份材料表现抗病,证明其中存在较多的菲利普孢囊线虫的抗源。中国春?卵穗山羊草附加系材料中无免疫和高抗的材料,但DA7U~g、DA 5M~g等附加系材料对菲利普孢囊线虫表现抗病。T550与普通小麦WL711和中国春杂交后代衍生的17份5M~g-5D易位系材料对菲利普孢囊线虫抗性结果显示,T550(5M~g染色体的供体)的抗性明显高于中国春,5M~g464、5M~g466、5M~g511和5M~g494等易位系材料抗性较好,抗性优于其亲本和T550。中国春-易变山羊草附加系DA3Sv、DA4Uv和DA6Uv对菲利普孢囊线虫表现抗病,在易变山羊草3S~V、6U~V及4U~V染色体上,可能存在对菲利普孢囊线虫(H.filipjevi)许昌群体的抗性基因。中国春-拟斯卑尔脱山羊草附加系DA7S对菲利普孢囊线虫表现高抗,说明拟斯卑尔脱山羊草的7S染色体上存在抗H.filipjevi的基因。中国春-尾状山羊草附加系DAC#1和DAE#1对菲利普孢囊线虫表现抗病。(2)中国春-长穗偃麦草附加系材料中,只有DA1E和DA4E对菲利普孢囊线虫表现较好的抗性,其他附加系材料则表现不同程度的感病。(3)在18份中国春-簇毛麦易位系材料中,HN15表现高抗(HR),6VL、HN9、HN10、HN11和HN14表现抗病(R)。(4)在26份抗线种质资源中,有5份鉴定材料(编号为:XD11-2、XD11-8、XD11-21、XD11-25、XD11-34)在室内和田间均表现抗(R),有5份鉴定材料在室内与田间抗性反应不同,有待进一步验证。这些种质资源中,XD11-8(龙麦30号)可以直接作为菲利普孢囊线虫的良好抗性资源来利用。本研究首次应用基因芯片技术对菲利普孢囊线虫侵染早期小麦幼苗根系基因表达谱进行差显分析,筛选出了与该线虫致病、抗性有关的若干基因,这些基因主要是细胞结构、防卫或应激反应、转录调控、信号转导等功能相关的基因;其次,并对其中部分基因采用real time qRT-PCR方法进行了验证,证实了基因芯片分析结果的可靠性。此外,本研究还首次对一些小麦近缘材料和小麦种质资源对菲利普孢囊线虫抗性进行了系统的鉴定,筛选出了对菲利普孢囊线虫具有良好抗性的种质资源。上述研究在分子水平上揭示了菲利普孢囊线虫致病的分子机制,为深入研究各种抗性基因的抗性机制以及小麦菲利普孢囊线虫抗病育种提供了理论依据。