小麦(Triticum aestivum L.)是世界上第二大粮食作物,全球30%的人口以它为主粮,中国是世界上小麦产量最大的国家。然而小麦的生产一直受到逆境条件的威胁,小麦条锈病作为小麦上最重要的病害之一,在世界范围内广泛发生,一般年份造成10-70%的产量损失,大发生时甚至绝收。中国作为世界上最大的条锈病流行区,年均发病面积约400万公顷,历史上曾有四次全国大流行,每次都造成了100万吨以上的产量损失。种植抗病品种被认为是防治条锈病最为经济有效的手段,在我国小麦条锈菌的核心越夏区甘肃陇南,2001-2013年间,流行频率最高的两个小种一直都是CYR32和CYR33,因此,能同时对这两个小种都具有抗病性的Yr26基因就广泛应用于小麦育种。然而,病原菌通过毒性变异,不断逃避抗病基因的识别,进而引发新的流行。比如在2008年第一次检测到对Yr26抗病基因有毒性的V26条锈菌系之后,这一菌系的流行频率不断上升,截止到2012年,在陇南地区的标样检测中其流行频率达到了16.10%,仅排在CYR32和CYR33的流行频率之后,这三个小种的流行频率总和高达70%。生产上携带有Yr26基因的抗源川麦42、内麦8号、内麦9号、内麦10号、内麦11号以及绵麦37等一系列品种现已变成了这一新菌系的哺育材料,使得小麦条锈病的全国范围的大流行潜势很高,因此一方面通过图位克隆获取Yr26基因的序列,并通过Yr26基因与无毒性小种CYR32的互作,揭示专化抗病基因的抗病机理,对抗病基因的合理利用及培育持久抗病材料奠定理论基础;另一方面明确哪些抗条锈病基因对目前主要的三个流行小种还具有利用价值,以期通过抗病基因的合理布局和开展预见性抗条锈病育种达到利用寄主抗病性来防控条锈病的目的。为此,本研究首先构建了其载体材料92R137的BAC文库,为Yr26基因的图位克隆奠定基础;随后通过对Yr26近等基因系接种条锈菌CYR32后进行转录组测序,研究Yr26基因介导的抗病信号通路,并获取可用于开发标记的序列信息,为Yr26基因的精细定位和功能分析奠定基础;最后为了应对当前对Yr26基因有毒性的新小种的出现,本研究对92份携带有已知的基因及对照材料分别接种CYR32、CYR33和V26,并结合田间调查,明确在生产中哪些抗病基因就还具有利用价值;本研究取得了如下研究结果:1)为了Yr26基因的图位克隆,用限制性内切酶HindIII和BamHI构建了Yr26基因载体材料92R137基因组DNA的两个BAC文库。HindIII构建的文库包含390,144个单克隆,经过随机挑选的453个单克隆的插入片段检测,这些克隆的平均插入片段为129kb,覆盖小麦基因组3.01倍,其中空载率为1.4%。BamHI构建的文库一共挑取了375,552个克隆,其中随机挑取了573个克隆检测插入片段大小,平均插入片段112.6 kb,覆盖了基因组2.53倍,空载率为3.4%。这两个文库加起来一共包含了765,696个克隆,存储于1,994个384孔板中,对小麦的基因组覆盖率为5.54倍。从中随机846个克隆进行检测,发现叶绿体污染率为0.71%。使用5-D混池策略,将所有BAC文库混合为超级池。为了检测所构建文库的可用性,使用Yr26基因的连锁标记Xwe173筛选上述超级池的DNA,成功获取了6个阳性克隆。2)为探索Yr26基因与CYR32的互作机理,本研究利用高通量的二代测序技术,对接种了条锈菌CYR32的Yr26基因的近等基因系小麦叶片进行了6个时间点的转录组测序,获取了约29亿个reads和365G的clean data。与中国春的参考基因组比对后,在所有的112496个基因中,鉴定到了68985个表达基因。通过对接种后同一时间点下,NIL-R与NIL-S的差异表达基因分析,一共鉴定到了14449个显著差异表达的基因,重点分析了参与光合作用、激素代谢和防卫反应信号通路的差异基因的表达模式。发现参与光合作用的基因显著下调表达,不同的激素表达模式差异较大,而防卫反应基因呈现较强的上调表达趋势。这一研究工作提供了研究小麦与条锈病互作更加全面系统的视角,也为下一步的重点研究工作奠定了基础。3)由于对Yr26基因有毒性的新菌系的出现,原有的许多抗病品种变成哺育材料,为了充分利用品种抗病性来控制条锈病的流行,本研究利用当前流行频率最高的3个小种(CYR32、CYR33、V26(菌系编号平南17-5)),对92份携带已知抗条锈病基因的小麦材料分别进行苗期和成株期抗病性鉴定,结合多年的天水自然病圃的调查,以评估各已知Yr基因在中国抗病育种中的有效性,为抗条锈病育种提供理论基础及育种材料。分析结果表明,所有供试材料中,只有Yr5、Yr15和Yr61这3个基因对当前流行小种表现为全生育期抗病性;Yr32、YrTr1和YrTye这3个基因具有成株期抗病性;此外,Mega、Ibis、Hyak、Maris Huntsman、Hobbit、CarstensV、Express、Lee和Compair等9份含多个Yr基因组合的材料表现出良好的成株期抗条锈性,这些抗病基因均可应用于当前的抗病育种中。