由条形柄锈菌（Puccinia striiformis f.sp.tritici）引起的小麦条锈病是世界范围内小麦产区的一种重要真菌性病害,近年来有逐渐加重的趋势。培育和种植抗病品种是最经济、有效、安全的条锈病防治策略。研究小麦抗病相关基因的功能,可为抗病品种的培育以及改良提供理论依据,但是小麦抗条锈病机理尚不完全清楚。微丝骨架是广泛存在于真核细胞中的动态网状纤维结构,在植物感知外界刺激以及抵抗病原菌侵染方面具有重要的作用,其功能的执行依赖于微丝骨架的动态变化,而微丝骨架的动态变化是微丝骨架调控因子作用的结果。从微丝骨架调控因子入手,研究其在小麦与条锈菌互作中的功能,对于进一步阐明小麦抗条锈菌侵染的分子机理具有重要意义。本文以小麦品种“水源11”与条锈菌条中CYR31和CYR23构成的亲和与非亲和组合为材料,从药理学角度入手,研究微丝骨架聚合在小麦对条锈菌抗病性中的作用;通过生物信息学、q RT-PCR、病毒诱导的基因沉默VIGS（virus induced gene silencing）、基因的瞬时表达、荧光蛋白标记、酵母突变体互补、酵母双杂交技术等分子生物学技术,对微丝骨架相关基因Ta ARPCs（Ta ARPC3、Ta ARPC4）、Ta Pro及小G蛋白基因Ta Rop10在小麦与条锈菌互作中的功能等进行了研究,并筛选与Ta Pro、Ta Rop10互作的蛋白。主要研究结果如下:1.小麦叶片经细胞松弛素E处理后,接种非亲和条锈菌CYR23,检测植物微丝骨架解聚对寄主细胞过敏性坏死（HR）发生以及H2O2积累的影响。结果发现,与对照相比,微丝骨架解聚后,小麦的抗病性降低,过敏性坏死发生受到抑制,H2O2积累也减少,表明微丝骨架聚合参与小麦对条锈菌的抗病性。2.生物信息学分析微丝骨架聚合促进因子Ta ARPC3、Ta ARPC4表明,其在植物中具有高度保守性。借助大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默（BSMV-VIGS）系统,抑制Ta ARPC3、Ta ARPC4基因在小麦中的表达,分别接种非亲和条锈菌CYR23和亲和CYR31。非亲和互作中,沉默植株的抗病性降低,叶片上出现少数夏孢子堆;亲和互作中,沉默植株感病性增强,叶片上夏孢子堆数量增加。组织学观察发现,沉默植株内,条锈菌菌丝生长受抑作用减弱。利用土壤杆菌介导的基因瞬时表达体系,在烟草叶片实现Ta ARPC3、Ta ARPC4的瞬时表达,结果显示,Ta ARPCs基因均不能直接引起细胞的过敏性坏死。将Ta ARPC3、Ta ARPC4与带有绿色荧光蛋白GFP标记的载体融合后转化小麦原生质体,结果显示,Ta ARPC3定位在细胞核与细胞质;而Ta ARPC4定位在细胞质。构建含有小麦Ta ARPC3基因的重组载体,转化酵母ARPC3突变体菌株,实现基因的功能互补,结果发现,Ta ARPC3导入能够增强酵母突变体菌株的抗逆性,提高其清除细胞内活性氧的能力,但是对于酵母菌细胞核的形成没有影响。3.生物信息学分析结果显示,微丝骨架聚合因子Ta Pro的氨基酸序列中含有多个保守位点,不含跨膜信号肽以及核定位信号。利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）技术,抑制Ta Pro的表达,分别接种条锈菌CYR23与CYR31。非亲和互作中,Ta Pro沉默植株的抗病性降低,叶片上出现少数夏孢子堆;亲和互作中,Ta Pro沉默植株感病性增强,叶片上夏孢子堆数量增加。组织学观察发现,沉默植株内,条锈菌菌丝生长受抑作用减弱。q RT-PCR分析显示,非亲和互作中,Ta Pro沉默植株内抗性相关基因PR1、PR2、PR3及PR5的表达量与对照植株中相比降低。利用GFP标记技术,研究Ta Pro在小麦原生质体中的亚细胞定位,结果显示,Ta Pro定位在细胞核与细胞膜。q RT-PCR技术分析Ta Pro基因表达的组织特异性,结果显示,Ta Pro在叶片中的表达量最高,种子中表达量最低。利用酵母双杂交系统,以Ta Pro为诱饵,从小麦与条锈菌互作c DNA文库中,筛选获得候选互作蛋白—类金属硫蛋白。4.从小麦品种“水源11”中克隆得到基因Ta Rop10,该基因ORF区段长度为696bp,编码231个氨基酸,归属小G蛋白Ras家族,与拟南芥Rops中的At Rop10相似度达91%。q RT-PCR技术分析Ta Rop10在小麦与条锈菌不同互作组合中的表达量在接种后的12 h与120 h存在显著差异。通过病毒诱导的基因沉默VIGS技术抑制Ta Rop10基因表达,分别接种条锈菌CYR23与CYR31。亲和互作中,植株的感病性减弱,条锈菌夏孢子堆数量减少。组织学观察显示,Ta Rop10沉默植株内条锈菌菌丝扩展受到抑制。q RT-PCR检测发现,Ta Rop10基因沉默植株中抗性相关PR1、PR2、PR3以及PR5基因的表达量与对照相比有不同程度的增加。借助GFP标记技术研究Ta Rop10的亚细胞定位,结果表明,Ta Rop10定位于细胞核。q RT-PCR技术分析发现,Ta Rop10基因表达具有组织特异性,在小麦茎节中的表达量最高;Ta Rop10响应不同的激素与非生物胁迫刺激,SA、ABA、高温以及低温诱导,Ta Rop10下调表达;ET与盐胁迫诱导,Ta Rop10上调表达。另外,微丝骨架解聚信号诱导Ta Rop10下调表达,表明Ta Rop10可能是微丝骨架聚合的负调控因子。以Ta Rop10为诱饵,通过酵母双杂交方法,对小麦与条锈菌互作c DNA文库进行筛选,得到三个与Ta Rop10互作的候选蛋白:与钙信号调节有关FK506-binding protein和多磷酸肌醇磷酸酶（IP5P9）,以及与植物抗逆性相关的硫氧还蛋白TRX。综上所述,微丝骨架聚合因子Ta ARPC3、Ta ARPC3、Ta Pro以及小G蛋白基因Ta Rop10均参与小麦与条锈菌的互作。Ta ARPCs与Ta Pro通过调节促进微丝骨架聚合,参与小麦对条锈菌侵染的抗性;而Ta Rop10是小麦抗病性的负调控因子,一方面可能通过对微丝骨架聚合起负调控作用,参与小麦的感病性;另一方面可能是通过其他信号途径参与其中。本研究证实微丝骨架参与小麦与条锈菌的互作,微丝骨架聚合在小麦抗条锈菌侵染过程中起重要作用。