由豇豆单胞锈菌（Uromyces vignae）引起的小豆锈病,是严重影响小豆产量与品质的重要病害之一。大量研究表明,利用抗病品种是防治作物锈病最经济有效的措施,但目前对小豆抗锈病的机制尚不明确,导致缺乏有效的理论指导小豆抗病资源的选育和利用。因此,本研究以抗锈性差异明显的小豆品种为材料,利用荧光显微镜和电子显微镜技术观察锈菌夏孢子在抗、感品种叶片上的侵染过程,探明小豆抗病的组织细胞学事件;同时测定了不同抗性品种在锈菌侵染过程中,抗病相关的苯丙氨酸解氨酶（PAL）和H2O2含量的变化情况;在此基础上,利用生物信息学方法,明确小豆胼胝质合成酶基因家族成员的数量、基因结构和染色体定位等信息,分析了该家族成员应答锈菌侵染的表达模式,并测定在锈菌侵染过程中,不同抗性品种胼胝质含量的变化情况,为解析小豆抗锈病的机理奠定理论基础。研究取得主要结果如下:1.利用荧光显微镜技术观察了锈菌夏孢子在小豆抗、感品种叶片上的侵染过程。结果表明,在感病品种中,病原菌接种后6 h就可产生附着胞,接种后24 h即可成功侵入寄主,至接种后48 h可在寄主细胞间隙产生大量侵染菌丝,接种后192 h即可产生夏孢子;而在抗病品种中,病菌于接种后12 h形成附着胞,比感病品种晚6 h,接种后24 h可侵入寄主,但入侵后形成的气孔下囊大量畸形,接种后120 h胞间仅形成少量侵染菌丝,且侵染菌丝的扩展范围明显小于感病品种。此外,抗病品种中,侵染菌丝周围寄主细胞出现了明显的胞壁沉积物,且叶片表面可见明显的细胞坏死。以上结果表明,抗病品种对病原菌侵染结构发育的抑制、胞壁沉积物的形成及过敏性坏死反应,是其高抗锈病的重要原因。2.利用电子显微镜技术,对锈病菌夏孢子在小豆抗、感品种叶片上生长发育的超微结构进行观察发现,感病品种中,接种后120 h,菌丝在寄主细胞间隙贴近寄主细胞生长时,寄主细胞生长正常,并未观察到细胞器的解体;而在抗病品种中,接种后120 h,菌丝周围寄主细胞内的细胞器逐渐解体,呈现坏死反应。由于亲和互作,感病品种中锈菌吸器形成时,诱导寄主植物产生管状结构,向吸器传输营养;而在抗病品种中,吸器体在寄主细胞内产生时,寄主细胞壁上产生的胼胝质乳突结构紧紧地将吸器围住,使其败育。当侵染菌丝靠近抗病寄主细胞时,寄主细胞壁的增厚和质壁分离也能限制锈菌的侵染。以上结果表明,抗病品种在锈菌侵染过程中通过胼胝质乳突的形成和过敏性坏死以抑制锈菌的侵染和扩展。3.采用生理生化技术,测定了小豆抗、感品种响应锈菌侵染过程中体内H2O2含量和苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性的变化情况。结果表明,锈菌侵染过程中,抗、感品种H2O2含量和PAL酶活性都明显高于不接种对照。在锈菌整个侵染过程中,抗、感品种H2O2含量的变化均呈现明显的双峰变化趋势,分别于接种24 h和120 h后H2O2含量达到峰值,第一个峰值出现时,感病品种H2O2含量高于抗病品种,而第二个峰值出现时,抗病品种H2O2含量显著高于感病品种。与H2O2含量的变化趋势类似,抗、感品种PAL酶活性都呈现上升-下降-上升的变化趋势,但抗病品种中PAL酶活性始终高于感病品种,并在接种后24 h达到峰值,是感病品种的1.8倍。以上结果表明,抗病品种通过调节体内H2O2含量和PAL酶活性以激活植物免疫反应,从而对锈病产生明显的抗性。4.细胞学中观察到,在抗病品种中,寄主细胞壁产生乳突结构使吸器败育,进而阻止病菌侵染,研究表明乳突能产生大量胼胝质,因此为深入解析胼胝质积累在小豆抗锈病中的作用,采用生物信息学方法,对小豆全基因组中胼胝质合成酶基因（Va GSLs）进行鉴定,共获得Va GSLs基因家族成员16个,归属于4个亚类,包括GSL-1、GSL-2、GSL-3和GSL-4。基于转录组数据分析Va GSLs成员的表达情况发现,Va GSL1、Va GSL2和Va GSL6在接种后24 h和48 h均显著上调,再进一步对抗、感品种接种后不同时间叶片胼胝质含量进行测定,结果发现,抗病品种在整个侵染过程中,其胼胝质含量增长率都显著高于感病品种,最高可达73.2%（接种后24 h）,此时感病品种胼胝质含量增长率只有19.1%,以上结果表明胼胝质的累积参与了小豆抗锈病的过程。