小麦赤霉病(Fusarium head blight, FHB)是由镰刀菌(Fusarium)引起的世界性流行病害,在我国其主要致病菌为禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum Schwabe)该病广泛发生于世界温暖潮湿和半潮湿地区,不仅造成作物产量和种子品质下降,而且禾谷镰刀菌还能在籽粒中产生单端孢霉烯族毒素(trichothecene),严重危害人畜健康,带来巨大的食品安全隐患。选育抗赤霉病小麦品种是控制小麦赤霉病最经济、安全和有效的途径。虽然国内外学者对赤霉病抗性遗传、抗赤霉病基因的QTLs定位、抗赤霉病生理生化机制等方面进行了大量研究,但关于小麦抗赤霉病基因的克隆及抗病分子机制方面的研究报道很少。突变体是功能基因组学研究的重要材料,在前期研究中,本实验室利用快中子辐射望水白成熟干种子,经多年赤霉病抗性鉴定在诱变后代群体中筛选出多个表现稳定的感赤霉病突变体；经分子生物学和细胞学鉴定,发现其中一个突变体NAUH117发生了较复杂的染色体结构重排,导致定位于3BS上的抗赤霉病主效位点Fhb1缺失,因而感赤霉病性显著提高。本研究利用Affymetrix小麦基因组表达谱芯片,比较望水白和NAUH117分别受赤霉菌和DON毒素诱导后的表达谱差异,根据功能注释信息,分析了望水白抗赤霉病所涉及的信号通路。结合qRT-PCR表达分析结果和染色体电子定位信息,从望水白中选择并克隆了一个非特异性脂转移蛋白基因,初步分析了其功能。本研究获得的主要结果如下：1.望水白和NAUH117受赤霉菌诱导的表达谱分析利用Affymetrix小麦基因组表达谱芯片,分别比较分析了望水白和NAUH117接种赤霉菌相对于接种水对照的基因表达变化,通过阈值p<0.05及fold>2筛选出望水白和NAUH117分别受赤霉菌诱导后的差异表达基因。在望水白中检测到的上调表达基因有1,874个,下调表达基因有1,107个；在NAUH117中检测到的上调表达基因有2,143个,下调表达基因有1,670个。利用Blast2go对上述差异表达基因分别进行功能注释特征分析和GO分析,发现望水白受赤霉菌诱导的上调表达基因中,1,523个具有功能注释信息,753个具有GO信息；NAUH117受赤霉菌诱导的上调表达基因中,1,846个具有功能注释信息,1,041个具有GO信息。对望水白和NAUH117中的上调表达基因进行GO分类,发现与生物品质调控、解剖学结构发育、多细胞生物发育、核苷结合、裂解酶活性等相关的功能基因仅在NAUH117受赤霉菌诱导的上调表达基因中存在。KEGG代谢通路分析表明,望水白和NAUH117中的上调表达基因中有多个基因参与植物信号转导途径和植物与病原菌互作等抗病通路。其中,信号转导途径包括植物次生代谢、活性氧爆发、钙离子、磷脂酸分子、水杨酸、茉莉酸和乙烯等信号途径；植物与病原菌互作涉及PTI和ETI反应,推测这些抗病通路参与小麦抗赤霉病反应。染色体电子定位结果表明,望水白受赤霉菌诱导的上调表达基因中,具有定位信息的有231个(12.40%),定位到501个位点；NAUH117受赤霉菌诱导的上调表达基因中,具有定位信息的有197个(9.20%),定位到416个位点。2.望水白分别受赤霉菌和DON诱导的表达谱分析利用Affymetrix小麦基因组表达谱芯片,比较分析了望水白分别接种赤霉菌和DON相对于接种水对照的基因表达变化,通过阈值p<0.05及fold>2筛选出望水白分别受赤霉菌和DON诱导后的差异表达基因。望水白受DON诱导后的上调表达基因有949个,下调表达基因有165个。利用Blast2go对上述差异表达基因进行功能注释特征分析和GO分析发现,DON诱导的上调表达基因中,761个具有功能注释信息,490个具有GO信息；对望水白分别受赤霉菌和DON诱导的上调表达基因进行GO分类,发现与转运蛋白活性、氧化还原酶活性、辅因子结合、核糖体结构组分、连接酶活性、过氧化物酶活性、酶抑制剂活性、激素代谢过程、氧化还原、化学刺激应答、大分子定位、信号途径、刺激细胞反应等相关的功能基因仅在望水白受赤霉菌诱导的上调表达基因中存在。KEGG代谢通路分析表明,望水白受赤霉菌和DON诱导的上调表达基因中有多个基因参与植物信号转导途径和植物与病原菌互作,推测这些抗病通路参与小麦抗赤霉菌侵染和抗DON的反应。染色体电子定位结果表明,望水白受DON诱导的上调表达基因中,具有定位信息的有110个(11.60%),定位到了233个位点。3.望水白中一个非特异性脂转移蛋白基因的克隆和功能鉴定根据基因芯片杂交结果和染色体电子定位信息,选择一个电子定位于望水白3BS抗FHB主效QTL附近、在望水白中受赤霉菌诱导上调表达倍数为242的探针(EST-432)设计引物,在望水白的cDNA中通过PCR扩增、产物回收和测序,克隆了一个非特异性脂转移蛋白基因,该基因ORF全长为348 bp,编码115个氨基酸,其编码的蛋白质在N端有一个26个氨基酸的信号肽,序列比对发现该基因编码一个非特异性脂转移蛋白,与大麦的HvLTP同源,系统进化分析发现该基因编码的蛋白属于Type I类型。利用普通小麦中国春缺体-四体和缺失系列将该基因定位于小麦3BS-8 FL0.78-0.87区域,即位于望水白3BS抗FHB主效QTL区域,将该基因命名为TaLTP-B. TaLTP-B与GFP融合蛋白的亚细胞定位结果发现该蛋白定位于细胞壁上。利用qRT-PCR分析该基因在不同组织及不同胁迫诱导下的表达特征,结果表明：TaLTP-B基因在望水白的叶片组织中表达量最高,而在根部组织中几乎不表达；TaLTP-B基因在望水白中受赤霉菌和DON诱导上调表达,但由于该基因在突变体NAUH117中缺失,因而在NAUH117中未检测到其表达；在抗白粉病的小麦近缘物种簇毛麦中,TaLTP-B基因中受到白粉菌诱导后快速上调表达。由此可见,TaLTP-B.基因在两种真菌病害抗性通路中均发挥作用。研究还发现外源激素ABA.ET.H202.JA均能明显诱导望水白中的TaLTP-B基因的表达,推测该基因可能通过以上信号途径参与对植物病原菌的抗性反应。为了进一步阐明TaLTP-B基因在小麦抗病中的功能,构建了该基因的过量表达载体,利用基因枪将TaLTP-B基因转化普通小麦品种扬麦158的幼胚愈伤组织,获得70株T0代再生植株,PCR鉴定结果表明,其中11株为阳性转基因植株,对转基因To代植株的赤霉病和白粉病抗性鉴定结果表明,与受体对照相比,转基因植株中TaLTP-B基因的过量表达可以提高扬麦158对赤霉病和白粉病的抗性。