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小麦条锈病是由条形柄锈菌小麦专化型Pucciniastriiformisf.sp.tritici(Pst)侵染引起的一种重大生物灾害，严重威胁着中国小麦安全生产。种植抗病品种是防治该病害的重要措施。研究表明，条锈菌新小种的产生是导致品种抗病性“丧失”的根本原因，而有性生殖是产生新小种的最主要途径。国内外近期研究证实，小檗和十大功劳(全世界仅报道1种)是小麦条锈菌有性生殖的转主寄主。中国一些地区分布的感病小檗在小麦条锈病的发生中不仅可以提供初始菌源，并在小麦条锈菌新小种产生中发挥着主要作用，而十大功劳属植物是否可以作为小麦条锈菌的转主寄主尚无研究报道。新疆流行区作为中国小麦条锈病的一个独立流行区，广泛分布有不同种类小檗，但该地区小檗是否可作为小麦条锈菌转主寄主，目前鲜有调查研究。因此，本研究通过调查十大功劳与新疆流行区小檗的种类与分布，鉴定可作为小麦条锈菌转主寄主的十大功劳与小檗种类。这些研究工作的开展，对中国小麦条锈病全面防治策略的制定具有重要科学意义和指导意义。
条锈菌与小麦互作已经有较为系统深入的研究，而条锈菌与小檗互作的分子机理研究报道较少。NPR1是植物调控防卫反应的一个关键基因，本研究通过基因克隆获得小檗NPR1基因(BhNPR1)，并对BhNPR1及其下游病程相关基因的表达模式进行了研究与分析。研究结果为深入了解小麦条锈菌与转主寄主小檗的互作奠定了基础。
本研究取得主要结果如下：
1.明确了调查地区十大功劳种类多，生境多样。通过对甘肃、陕西、四川、云南、贵州、广西、湖北、江苏南京、河南郑州等省区小麦条锈病发生区十大功劳的调查，经生物学鉴定发现这些地区分布有19种十大功劳，其中已确定生物学种的有10种，分别为阔叶十大功劳(Mahonia bealei)、宽苞十大功劳(M. eurybracteata subsp. eurybracteata)、小果十大功劳(M. bodinieri)、十大功劳(M. fortunei)、长柱十大功劳(M. duclouxiana)、小叶十大功劳(M. microphylla)、亮叶十大功劳(M. nitens)、安坪十大功劳(M. eurybracteata subsp. ganpinensis)、网脉十大功劳(M. retinervis)、长阳十大功劳(M. sheridaniana)；由于调查时无花和无果无法鉴定到种的未知种9种，包括甘肃2种、四川1种、贵州1种、湖北1种、广西1种，南京1种，郑州1种，德国1种。
2.鉴定明确不同种类十大功劳对小麦条锈菌感、抗性不同，差异较大。通过接种小麦条锈菌担孢子对9种十大功劳进行鉴定，发现小麦条锈菌可以在十大功劳、安坪十大功劳和长阳十大功劳等3种十大功劳上完成有性生殖，产生的锈孢子能侵染小麦感病品种铭贤169并产生夏孢子，表明这三种十大功劳可以作为小麦条锈菌的转主寄主；阔叶十大功劳、网脉十大功劳、四川未知种等3种十大功劳对小麦条锈菌中度抗病，表现为接种小麦条锈菌担孢子后，只产生侵染斑，不产生锈子器，不能作为小麦条锈菌的转主寄主；小果十大功劳、长柱十大功劳和小叶十大功劳等3种十大功劳经过三次重复接种试验，仅产生轻微侵染斑或不侵染，对小麦条锈菌表现为高抗或免疫反应，不能作为小麦条锈菌的转主寄主。
3.调查明确新疆主要麦区分布小檗种类有3种，具有数量多，分布广的特点，均是小麦条锈菌的转主寄主。本研究在新疆春麦种植区阿克苏地区和冬麦种植区乌鲁木齐、奇台、昌吉、伊犁等地开展调查小檗属植物，经鉴定这些地区分布有喀什小檗(Berberis kaschgarica)、黑果小檗(B. heteropoda)、红果小檗(B.nummularia)。其中伊犁地区、昌吉州地区小檗分布点较多，黑果小檗是地理分布较广的小檗种类。用小麦条锈菌担孢子接种3种小檗鉴定发现，小麦条锈菌在3种小檗上均能完成有性生殖，产生的锈孢子可以侵染小麦品种铭贤169产生夏孢子堆，证实这3种小檗均是小麦条锈菌的转主寄主。
4.研究发现了BhNPR1及下游多个病程相关基因不受条锈菌侵染诱导表达，表明这些基因不参与对条锈菌的防卫反应，这可能是导致小檗先天免疫缺陷而成为多种锈菌共同的转主寄主的原因之一。本研究基于条锈菌担孢子侵染小檗的组织学特征，确定了二者互作的关键时间节点。进而通过克隆小檗NPR1基因(BhNPR1)并对BhNPR1及其下游病程相关基因在小檗响应条锈菌担孢子侵染过程中的表达模式进行分析，发现与小麦NPR1基因受条锈菌夏孢子侵染诱导后的表达趋势不同，BhNPR1在条锈菌担孢子侵染小檗过程中保持稳定。NPR1下游的病程相关基因BhPR5和BhPDF1.2a在条锈菌侵染小檗过程中的表达量变化也不明显，而BhPR1和BhPR2则显著上调表达。
条锈菌与小麦互作已经有较为系统深入的研究，而条锈菌与小檗互作的分子机理研究报道较少。NPR1是植物调控防卫反应的一个关键基因，本研究通过基因克隆获得小檗NPR1基因(BhNPR1)，并对BhNPR1及其下游病程相关基因的表达模式进行了研究与分析。研究结果为深入了解小麦条锈菌与转主寄主小檗的互作奠定了基础。
本研究取得主要结果如下：
1.明确了调查地区十大功劳种类多，生境多样。通过对甘肃、陕西、四川、云南、贵州、广西、湖北、江苏南京、河南郑州等省区小麦条锈病发生区十大功劳的调查，经生物学鉴定发现这些地区分布有19种十大功劳，其中已确定生物学种的有10种，分别为阔叶十大功劳(Mahonia bealei)、宽苞十大功劳(M. eurybracteata subsp. eurybracteata)、小果十大功劳(M. bodinieri)、十大功劳(M. fortunei)、长柱十大功劳(M. duclouxiana)、小叶十大功劳(M. microphylla)、亮叶十大功劳(M. nitens)、安坪十大功劳(M. eurybracteata subsp. ganpinensis)、网脉十大功劳(M. retinervis)、长阳十大功劳(M. sheridaniana)；由于调查时无花和无果无法鉴定到种的未知种9种，包括甘肃2种、四川1种、贵州1种、湖北1种、广西1种，南京1种，郑州1种，德国1种。
2.鉴定明确不同种类十大功劳对小麦条锈菌感、抗性不同，差异较大。通过接种小麦条锈菌担孢子对9种十大功劳进行鉴定，发现小麦条锈菌可以在十大功劳、安坪十大功劳和长阳十大功劳等3种十大功劳上完成有性生殖，产生的锈孢子能侵染小麦感病品种铭贤169并产生夏孢子，表明这三种十大功劳可以作为小麦条锈菌的转主寄主；阔叶十大功劳、网脉十大功劳、四川未知种等3种十大功劳对小麦条锈菌中度抗病，表现为接种小麦条锈菌担孢子后，只产生侵染斑，不产生锈子器，不能作为小麦条锈菌的转主寄主；小果十大功劳、长柱十大功劳和小叶十大功劳等3种十大功劳经过三次重复接种试验，仅产生轻微侵染斑或不侵染，对小麦条锈菌表现为高抗或免疫反应，不能作为小麦条锈菌的转主寄主。
3.调查明确新疆主要麦区分布小檗种类有3种，具有数量多，分布广的特点，均是小麦条锈菌的转主寄主。本研究在新疆春麦种植区阿克苏地区和冬麦种植区乌鲁木齐、奇台、昌吉、伊犁等地开展调查小檗属植物，经鉴定这些地区分布有喀什小檗(Berberis kaschgarica)、黑果小檗(B. heteropoda)、红果小檗(B.nummularia)。其中伊犁地区、昌吉州地区小檗分布点较多，黑果小檗是地理分布较广的小檗种类。用小麦条锈菌担孢子接种3种小檗鉴定发现，小麦条锈菌在3种小檗上均能完成有性生殖，产生的锈孢子可以侵染小麦品种铭贤169产生夏孢子堆，证实这3种小檗均是小麦条锈菌的转主寄主。
4.研究发现了BhNPR1及下游多个病程相关基因不受条锈菌侵染诱导表达，表明这些基因不参与对条锈菌的防卫反应，这可能是导致小檗先天免疫缺陷而成为多种锈菌共同的转主寄主的原因之一。本研究基于条锈菌担孢子侵染小檗的组织学特征，确定了二者互作的关键时间节点。进而通过克隆小檗NPR1基因(BhNPR1)并对BhNPR1及其下游病程相关基因在小檗响应条锈菌担孢子侵染过程中的表达模式进行分析，发现与小麦NPR1基因受条锈菌夏孢子侵染诱导后的表达趋势不同，BhNPR1在条锈菌担孢子侵染小檗过程中保持稳定。NPR1下游的病程相关基因BhPR5和BhPDF1.2a在条锈菌侵染小檗过程中的表达量变化也不明显，而BhPR1和BhPR2则显著上调表达。