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禾柄锈菌小麦专化型(Puccinia graminis Pers.f.sp.tritici Eriks.&Henn.,Pgt)引起的小麦秆锈病曾在全球大规模爆发流行,并对小麦生产造成了巨大的产量损失。虽然20世纪70年代后该病害得到了有效控制,仅局部国家或地区零星发生,但随着具有强毒力小麦秆锈菌新小种Ug99(TTKSK)在乌干达的出现(1999年),之后不断变异并快速传播,至今在13个国家已产生了13个生理小种;意大利西西里岛2016年又出现了近50年来对硬粒小麦中普遍利用的抗病基因Sr9e和Sr13具有联合毒力的一新小种TTTTF,使全球小麦生产再次面临巨大威胁。挖掘小麦抗源材料、开展秆锈菌种群毒力结构分析以及探究抗病相关基因,可为小麦抗病育种和病害防控提供重要理论支撑。本论文从解析国内主要小麦秆锈菌毒力结构为切入点,研究分析国内主要小麦品种(系)抗锈性,利用转录组数据并结合病毒介导的基因沉默手段验证小麦秆锈菌与小麦互作的抗病功能基因,取得了创新性研究成果,报道如下。1.利用已知小麦秆锈病抗病基因的43个单基因品系对我国当前流行的7个小麦秆锈菌生理小种(21C3CTHQM、21C3CTHTM、21C3CFHQC、34MKGQM、34MKGSM、34C3RTGQM和34C3MTGQM)的抗性有效性进行了分析,明确了单基因系对供试小种的抗病和感病情况,同时也确定了此7个供试菌种的毒力结构,为我国小麦秆锈病抗病基因的合理布局及小麦品种抗秆锈病研究奠定了基础。在供试的43个单基因品系中有W2619Sr9e、CnS_T_mono_deri、Eagle、BtS30Wst、Sr31/6~*LMPG、Federation~*4/Kavkaz、RL5405、Mq(2)5XG2919、W2691SrTt–1、W2691Sr37、Trident、DAS15和Fed/SrTt3等13个单基因系对所有供试的小种均表现出良好的全生育抗病性。为此,7个供试小种对上述13个单基系所含抗病基因(Sr9e、Sr21、Sr26、Sr30、Sr31、Sr31、Sr33、Sr35、Sr36、Sr37、Sr38、Sr47和SrTt3)不具有毒力;相反的Sr7b–Ra、ISr8a–Ra、ISr9a–Ra、W2691Sr9b、ISr9d–Ra、CnsSr9f、CnSr9g、ISr16–Ra和W2691Sr28等9个供试单基因品系无论在苗期还是成株期对供试的所有供试小种都表现高度感病。这7个供试小种对上述9个单基系所含基因(Sr7b、Sr8a、Sr9a、Sr9b、Sr9d、Sr9f、Sr9g、Sr16、Sr28)均具有毒力;在所有供试品系中ISr5–Ra、ISr6–Ra、W2691Sr10、ISr11–Ra、W2691Sr13、MQSr14、W2691Sr15、CombinationⅦ、LCSr18、LCSr19、LCSr20、SwSr22T.B.、Exhange、LcSr24Ag、Agatha/9~*LMPG、73,214,3–1/9~*LMPG、Pusa4/Edel、CnsSr32、Compare、RL6082和CnsSrTmp等21个单基因系对供试的一个或多个小种表现抗性,7个供试小种对上述21个单基系所含抗病基因Sr5、Sr6、Sr10、Sr11、Sr13、Sr14、Sr15、Sr17、Sr18、Sr19、Sr20、Sr22、Sr23、Sr24、Sr25、Sr27、Sr29、Sr32、Sr34、Sr39和SrTmp具有不同的毒力。2.利用已知毒力结构的上述7个供试小种对东北春小麦区(小麦秆锈病频发区)和长江中下游盆地和中部冬小麦种植省(小麦秆锈病扩散和流行桥梁区)征集到的211份小麦品种(系)进行苗期和成株期抗秆锈性分析,明确了小麦品种(系)的抗秆锈性情况,为抗秆锈病基因的筛选提供了十分有价值的支撑。秆锈菌优势生理小种21C3CTHTM、21C3CFHQC、34MKGQM、34MKGSM、34C3RTGQM和34C3MTGQM对75份甘肃小麦品种(系)抗秆锈性分析结果表明:38份(50.7%)对所有供试小麦秆锈菌表现出良好苗期抗病性;小种21C3CTHQM、34MKGQM和34C3RTGQM对136份由黑龙江、内蒙古、山东、山西、安徽、江苏、北京和宁夏农业科学院提供的小麦品种(系)抗秆锈性分析结果表明:123份(90.4%)小麦品种(系)对所有供试小麦秆锈菌呈良好的全生育期抗病性。3.在前述小麦品种(系)抗秆锈病分析的基础上,利用Sr2、Sr24、Sr25、Sr26、Sr31和Sr38等连锁的分子标记对供试的211份小麦品种(系)所含已知抗性基因进行分析检测,筛选出对我国小麦秆锈病具有抗病性的Sr31和Sr38,对Ug99具有抗性的Sr2、Sr25、和Sr26,对抗锈育种工作具有重要的指导意义。具体分子标记筛选结果表明:Sr2、Sr25、Sr31和Sr38在我国小麦品种中均有分布,其中有34份小麦品种(系)含有基因Sr2;有2份小麦品(系)种含有Sr25;有50份小麦品种(系)含有Sr31;有37份小麦品种(系)含有Sr38;未发现含有Sr24和Sr26的小麦品种(系)。4.根据本实验室前期小麦秆锈菌与小麦(Little club,LC)互作的转录组数据,进行了转录组结果验证,筛选出差异表达基因如油菜素内酯(Brassinosteroid,BR)受体基因TaBRI1(Brassinosteroid insensitive 1)、糖转运蛋白基因TaSTP1(Sugar transporter 1)、TaSugarC(Sucrose transporter C)和TaSugarX(Sucrose transporter X),同时结合病毒介导基因沉默(VIGS)技术,利用BSMV–VIGS对TaBRI1、TaSTP1、TaSugarC和TaSugarX进行沉默,沉默后的TaBRI1、TaSTP1、TaSugarC和TaSugarX小麦(LC)接种小麦秆锈菌34MKGQM,结果表明:沉默后的TaSTP1和TaSugarC的小麦对小麦秆锈病抗性不明显,沉默后的TaBRI1和TaSugarX小麦对小麦秆锈病具有抗性,该研究为筛选抗秆锈病基因奠定了理论依据。