小麦赤霉病主要是由禾谷镰刀菌引起的一种穗部真菌病害,严重威胁着小麦产量和品质安全。但是由于小麦基因组的复杂性以及遗传转化难、生长周期长、缺少合适的模式植物等问题,抗病机理研究进程缓慢。二穗短柄草作为温带禾本科新型模式植物,与小麦的亲缘关系较近,已有研究已经证明其与禾谷镰刀菌可以相互作用,而且已经构建了大量T-DNA插入突变体库。前期实验室已经探索证实二穗短柄草Bd21可以评估赤霉病II型抗性。本研究旨在通过筛选6000份二穗短柄草T-DNA插入突变体库,找到与赤霉病抗性相关的基因,以此为研究基础,探索赤霉病抗病机理,分析抗病相关的信号通路,以期挖掘出具有潜力的抗赤霉病基因,奠定小麦抗赤霉病分子育种基础,具体结果如下:1.本研究利用6000份短柄草T-DNA插入突变体,筛选禾谷镰刀菌抗性相关基因。结合前期课题组研究基础,我们最终确定在温度23℃,相对湿度在60%-65%左右的条件下,禾谷镰刀菌菌丝可以在离体叶片上充分生长,又不至于延展太快而影响表型筛选,从而创建高通量离体叶片筛选体系。2.通过高通量短柄草离体叶片赤霉病抗性鉴定,本研究最终确定了145份突变体材料,可能携带赤霉病抗性相关基因。对这145份材料进行重测序,对测序结果进行质控、过滤后,对所有候选基因以及提取到的基因间区序列进行同源注释,将得到的有效序列比对到小麦参考基因组,SiwssProt蛋白数据库,选取Top hit作为同源注释。共得到142个小麦同源基因。3.为了获得全面的基因注释信息,为抗赤霉病机理研究提供线索,本研究对候选基因使用ClusterProfiler R包(v3.6.3)进行GO富集与KEGG富集分析,对其功能及所在通路进行解析。GO注释结果显示,这些基因主要归类到77个功能类别。其中大部分参与到植物对于损伤、真菌侵染、脱落酸信号以及醇类的响应过程,主要位于细胞质膜或者其他各种生物膜上,作为跨膜运载体及蛋白激酶等发挥作用。4.本研究进一步对这些基因进行KEGG分析,将其归类于16个代谢通路。部分基因位于氨基酸的生物合成及代谢通路上,比如色氨酸、半胱氨酸、精氨酸和脯氨酸等,可以调控植物细胞壁的合成和蛋白交联,从而形成植物抵御病原体的物理屏障。部分基因影响香豆酸酯、泛醌和其他萜类醌等代谢,从而影响菌丝生长。另有一部分可以影响植物激素的产生,从而调控赤霉病抗性。