望水白抗赤霉病早期反应基因的克隆及其作用机制研究

小麦赤霉病是世界性严重病害，但目前还没有免疫抗源，因此提高小麦抗赤霉病的早期反应能力在抗性改良中就起着十分关键的作用。在前期研究中我们发现特异小麦种质望水白具有突出的抗赤霉菌侵染能力，并定位了四个在多环境中作用显著的抗侵染QTL，其中Qfhi.nau-5A的效应最大；还发现Ca2+、水杨酸(SA)和乙烯(ET)/茉莉酸(JA)信号途径都参与了望水白对赤霉病的早期抗性，但这些途径在抗赤霉病早期反应中的确切作用及其调控机制、以及它们之间的协同机制不清楚。本项目重点开展抗侵染QTL Qfhi.nau-5A的克隆及其功能分析，以及在早期抗性反应中Ca2+离子信号途径、SA、ET/JA防卫信号途径差异表达基因所起的作用和不同防卫反应途径的协同作用关系的研究，发掘优异的抗赤霉病早期反应基因，并明确Qfhi.nau-5A和Ca2+信号、SA和ET等信号途径在抗赤霉菌早期反应中的作用及其调节机制。

按预定计划，该项目在执行过程中主要围绕小麦抗赤霉病早期反应的基因和机制从正向遗传和反向遗传两个方向开展研究，取得了重要进展。通过新标记开发，构建了Fhb5和Fhb1的饱和标记图谱。利用11261个次级F2单株，将Fhb5定位到遗传距离为0.017-0.036 cM的X5A-87–X5A-42区间；利用5689个次级F2单株和530 RIL系，将Fhb1定位到0.3 cM 的X3B-37–X3B-20区间。建立了含Fhb5和Fhb1的BAC重叠群，并根据其序列分别预测了候选基因。通过Fhb1近等基因系的转录组分析，发现近等基因系在接种后初期在表达谱上明显不同；在差异表达的基因中，涉及到植物-病原菌互作，超敏反应、防卫反应及细胞壁加厚等抗病反应途径的基因明显富积。研究发现外施JA和SA影响小麦对赤霉病的抗性。 通过差异蛋白质组学和转录组学分析进一步明确了JA和SA信号途径与赤霉病抗性的相关性，发现乙烯(ET)、钙离子和磷脂酸等信号途径都参与了赤霉病抗性的早期反应。研究还发现多个小麦jacalin凝集素（JRL）基因参与小麦赤霉病抗性，但作用机制不同。