小麦白粉病由活体营养专性寄生真菌(Blumeria graminis f.sp.tritici)侵染引起,是目前影响小麦产量和品质的最严重病害之一。培育和种植抗白粉病小麦新品种,是目前公认的防治小麦白粉病最经济、有效、环保的方法。西尔斯山羊草(Aegiselleck Pevonedistatlops searsii Feldman&Kislev ex Hammer,2n=2x=14,S~sS~s)是小麦族山羊草属二倍体物种,是小麦育种改良中重要的基因来源。课题组前期研究发现和正式命名了来源于西尔斯山羊草的广谱高抗白粉病新基因Pm57,并利用携Pm57基因的小麦-西尔斯山羊草易位系材料,通过转录组测序,开发染色体特异分子标记。通过诱导部分同源染色体高频重组的中国春ph1b缺失突变体(TA3809)杂交,构建了F_2分离群体。结合分子标记与白粉病抗性将Pm57初定位在X67593和X62492两个分子标记之间,对应中国春参考基因组物理距离为5.13 Mb。在此基础上开展进一步研究,主要研究结果如下:1.对初定位中筛选到的重组体自交后代进行新一轮重组单株筛选,从其中两个杂合基因型衍生的2480个自交后代获悉更多单株中鉴定到82个在分子标记X67593和X62492之间发生交换的重组单株。同时,利用最新公布的西尔斯山羊草基因组序列,在定位区间内开发了16对2S~s染色体特异分子标记。利用这16对分子标记,将82个单株分为6种重组基因型(类型I-VI)。结合白粉病抗性鉴定,将Pm57基因精细定位在分子标记L10和L13之间,两个分子标记在西尔斯山羊草2S~s染色体上的物理距离为0.71 Mb。定位区间内注释编码基因为12个,其中抗病相关基因有2个(G4和G5),都具有串联激酶结构域。2.对前期EMS诱变获得的突变体进Antioxidant and immune response行筛选,鉴定出14个独立的Pm57抗性丧失突变体。对其中5个突变体及野生型进行了RNA-Seq测序分析(Mut RNA-Seq)。结果发现在精细定位区间内注释的12个基因中,3个基因(G1、G3和G12)为不表达基因,1个基因(G4)在3个感病突变体中存在错义突变,其余8个基因(G2、G5、G6、G7、G8、G9、G10和G11)在感病突变体中无突变。因此G4最有可能为候选基因。3.利用上述14个感病突变体对候选基因G4和G5进行PCR扩增和测序分析,发现G4在8个突变体发生了错义突变(Mut223:G78D,G903D;Mut141:G177E;Mut51:G193R;Mut209:D209N;Mut121:P747L;Mut268:R829W),在一个突变体中发生剪接位点突变(Mut17:G6587A)。而G5在14个感病突变体中未发生突变。突变体分析初步证明G4是抗小麦白粉病基因Pm57。4.对候选基因G4进行克隆,发现G4基因组全长9473 bp,存在7种可变剪接体(IF1-IF7),全长编码序列为3489 bp,有14个外显子,其编码1162个氨基酸,包含2个激酶结构域和1个v WA结构域。5.将G4基因全长编码序列(IF1)构建表达载体,遗传转化高感白粉病小麦品种Fielder,共获得33个阳性株系,其中2个阳性株系无表达。对T_0代和T_1代转基因植株进行白粉病抗性鉴定,发现除2个无表达株系外,其他所有阳性植株均高抗白粉病。转基因结果表明G4是Pm57基因。6.表达模式分析发现Pm57受白粉病诱导后上调表达,在12 h达到峰值。组织特异性表达分析发现Pm57在小麦叶中表达较高。利用挑单克隆测序的方法对G4存在的7种可变剪接体(IF1-IF7)进行表达分析,发现在未接白粉病时(0 hpi)可变剪接全长IF1占比50.6%,但在24 hpi时IF1占比提高至80.9%。而IF2~IF7丰度较低。亚细胞定位分析表明Pm57在细胞核和细胞质都有存在。共线性分析发现Pm57所在染色体区段在已发表的小麦族基因组中具有很好的共线性。然而,仅在二角山羊草(TB01)、高大山羊草(TL05),拟斯卑尔托山羊草(TS01)和野生二粒小麦(WEWSeq v1)基因组中发现Pm57的同源基因,在其他比对的参考基因组中缺失。7.利用携带Pm57的易位系的中国春-西尔斯山羊草易位系89(5)69和Pm57转基因系进行白粉菌分小种鉴定,发现Pm57对所测试的29个白粉菌生理小种均高抗或免疫,且Pm57转基因系表现出全生育期抗性。DAB和台盼蓝染色结果表明Pm57通过H2O2积累和宿主细胞死亡抑制孢子萌发参与病原体的防御反应。对下游PR基因(PR1、PR2、PR3、PR4和PR9)进行表达分析,发现89(5)69中PR基因的表达比对照中国春显著上调,且峰值(24 h)较Pm57晚。8.开发了Pm57-GFL-4F/4R、Pm57-GFL-5F/5R和Pm57-GFL-6F/6R三对Pm57诊断型分子标记,可有效用于分子标记辅助选育抗病品种。