水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一，全球约一半以上的人口以稻米作为主食。由稻瘟病菌(Magnaporthe oryzae)引起的稻瘟病是水稻生产的主要限制因子之一，培育及合理利用抗性品种是控制此病害最经济有效和对环境安全的手段。然而，生产实践表明，已育成的抗性品种由于抗性单一使其抗性往往只能维持3-5年，如何使水稻品种获得持久的抗性是抗性育种工作急需解决的一个问题。与抗性单一的基因相比，具有稻瘟病广谱抗性的基因能抵抗多种生理小种，降低了小种产生抗性突破的风险，从而延长了品种的使用寿命，在水稻抗性育种工作中具有重要的应用价值。具有广谱抗性的稻瘟病抗性基因的克隆，不仅为抗性育种提供了好的抗源，也为介导广谱抗性产生的分子机制的研究提供了素材。Pi1是在近等基因系C101LAC中经接种鉴定得到的一个具有广谱抗性的稻瘟病抗性基因，且已被初步定位在水稻第11号染色体长臂端Pik簇位点附近。为了快速定位及克隆该抗性基因，本研究主要开展了以下3个方面的研究，主要结果如下：　　(1)稻瘟病抗性基因Pi1的抗谱分析及其定位　　为了更深入地了解稻瘟病抗性基因Pi1的功能特点及其与其它抗性基因之间的关系，利用收集自广东，福建，湖南，云南，贵州，四川，江苏，辽宁，吉林以及黑龙江等10个稻作区的稻瘟病菌群体对携带有不同抗性基因的水稻品种C101LAC(Pil1，CO39(Pia)，C101A51(Pi2)，K60(Pik-p)，Kusabue(Pik)以及Tsuyuake(Pik-m)进行接种鉴定。结果发现，在大部分的群体中，Pi1的抗谱明显与其它几个抗性基因的不同，且其抗谱范围要比除Pi2之外的其它3个抗性基因的要广，说明Pi1是一个具有广谱抗性的稻瘟病抗性基因，适用于中国多个稻作区。　　为了分离克隆稻瘟病抗性基因Pi1，对抗病品种C101LAC(Pi1)与感病品种K1杂交所获得的由811个个体组成的F2群体进行了遗传分析。接种对抗/感亲本表现为非亲和/亲和的菌株EHL0490后，发现在这个F2群体中抗病植株与感病植株的分离比符合3:1。由此推断，单个显性基因控制着水稻品种C101LAC对菌株EHL0490的抗性。选择其中的161个隐性纯合感病个体组成的群体作为F2作图群体，利用一系列的DNA分子标记进行连锁分析，首先将Pi1定位于水稻第11号染色体长臂端K37-K28这2个标记之间，Pi1与这2个标记之间的遗传距离分别为2.2和0.4 cM。为了缩小目标区域范围，在K37与K28之间的区域内开发CRG(candidate resistancegene)标记并对F2作图群体进行连锁分析。结果发现，靠近K37标记一侧的CRG11-7与Pi1之间检测到了3个重组体，而靠近K28标记一侧的2个标记CRG11-5与CRG11-6则与Pi1共分离。由此Pi1被界定在CRG11-7与K28之间1.7 cM的区域内。利用参考品种日本晴的BAC/PAC克隆信息，通过生物信息学分析，构建了Pi1位点的电子物理图谱。结果显示，Pi1目标区域范围约为277 kb，该区域覆盖了Pik-m/Pik-p/Pik位点。　　(2)稻瘟病抗性基因Pi1的候选基因预测及功能验证　　基于Pik-m/Pik-p/Pik的研究结果，Pik簇位点所在的区域与日本晴相应的区域存在着大片段的插入与缺失。为了能尽快确定Pi1候选基因，首先对Pi1所在的目标区域进行了基于P/A(presence/absence)的基因型分析。结果表明，在水稻品种C101LAC中，Pi1所在目标区域的基因组结构与Pik-m/Pik-p/Pik的相似。因此，选择覆盖该区域的水稻品种Tsuyuake(Pik-m)的BAC克隆Ts50A13及Ts18H12序列作为参考进行了基因预测。结果显示，目标区域内存在着Pi1-1C～Pi1-6C共6个具有抗性基因保守结构的基因，其中Pi1-5C与Pi1-6C分别位于Pik-m/Pik-p/Pik中的2个功能基因的相同位置。进一步开发用于检测SNP(single nucleiotide polymorphism)的CAPS或dCAPS标记对携带或不携带Pi1的2组水稻品种进行基因型与Pi1表型之间的相关性分析。结果表明，只有Pi1-5C与Pi1-6C的SNP基因型与Pi1抗病表型具有明显的相关性，由此说明这2个基因可能赋予了Pi1介导的稻瘟病抗性。反向以及正向遗传学功能互补实验的结果进一步证实了Pi1-5C与Pi1-6C共同介导Pi1的稻瘟病抗性，Pi1属于Pik簇的等位基因之一。　　(3)稻瘟病抗性基因Pi1功能特异性分子标记的开发及应用　　对同时获得的Pi1/Pik-m/Pik-p/Pik以及来自感病品种Q1063等位基因的CDS(coding domain sequence)进行序列比对，获得能将Pi1与其它Pik等位基因以及感病等位基因区分开来的Pi1特异的SNP，分别位于Pi1-5(T1-687G)的CC域以及Pi1-6(T2-2261A)的LRR域内。通过引物设计将这2个SNP转化为dCAPS标记，并在本研究所收集的636个稻种资源中进行了基因型分析。结果发现，Pi1-6SNP只存在于携带有Pi1的水稻个体中，因此，被认为是Pi1的功能特异性分子标记(functionalnucleotide polymorphism，FNP)。实验结果证明，利用此标记可以提高该基因在分子标记辅助选择育种、基因聚合育种，以及转基因育种中利用的效率；同时该功能性分子标记可在大规模的稻种资源中实现Pi1的高通量鉴定工作，这为Pi1在自然群体中动态变化的研究提供了极大的便利。