小麦白粉病和锈病是严重危害小麦产量和品质的重要病害。持续不断地发掘新的抗病基因,实行抗源多样化,是实现小麦高产、优质的有效途径之一。黑麦是小麦的近缘属,是改良小麦抗病性的重要资源。来自于波兰的六倍体小黑麦品种Sorento对小麦白粉病生理小种E09、叶锈病小种PHT及条锈病小种CYR32均表现免疫。然而,关于Sorento抗病资源在小麦育种中的应用未有报道,因此,发掘和利用Sorento中的抗病基因位点具有重要的意义。本研究以抗病小黑麦品种Sorento为母本及非轮回亲本,以感病普通小麦材料薛早为父本和轮回亲本进行杂交回交,将六倍体小黑麦Sorento中的抗病基因导入到感病普通小麦背景下,结合表型及分子细胞学鉴定获得一批具有不同优良抗病性状的小麦-黑麦染色体代换系和易位系,并将这些抗病基因定位于黑麦染色体臂上。除了抗病以外,提高籽粒蛋白含量同样也是小麦遗传改良的重要目标。在小麦中,NAM基因与提高籽粒蛋白、铁、锌含量及加速衰老有关。当前,在小麦、大麦、提莫菲维小麦等植物中均报道过相关NAM基因的克隆,然而,在黑麦中还没有相关NAM基因的报道。鉴于NAM基因的重要作用,发掘和利用黑麦NAM基因资源对于小麦的遗传改良具有重要的意义。本研究以六倍体小黑麦为材料,利用同源克隆的策略对黑麦中调控籽粒蛋白含量的NAM基因进行了克隆。主要结果如下:1、’本研究以Sorento为母本,以薛早为父本,通过利用杂交和回交的育种方法成功将六倍体小黑麦的优良抗病性状导入到普通小麦背景中。通过在苗期和成株期利用白粉病小种E09和叶锈病小种PHT鉴定,获得了不同世代不同抗病类型的材料。在BC1F1代,白粉病和叶锈病抗性的传递率分别达到60%和50%。2、分子标记检测结果表明,含有Sorento 2R染色体长臂的材料对小麦白粉病生理小种E09和叶锈病小种PHT表现抗病;而含Sorento4R染色体长臂的材料则只对小麦白粉病表现抗病。成株期BC2F2代条锈病抗性评价表明,含有小黑麦Sorento 2R染色体的材料对小麦条锈病小种CYR32同样也表现很好的抗病效果。3、对BC2F3纯合抗病家系进行细胞学检测表明,Sorento的4R和2R染色体确实成对导入到感病的小麦材料薛早中,并能稳定遗传。利用细胞学手段鉴定出了一些易位材料,包括4R-4D染色体相互易位及2RL-1DL染色体易位。4、利用小麦公共SSR标记对纯合抗病株检测后发现,在含有2R染色体的纯合单株中,2D染色体被替换。通过筛选黑麦分子标记,共找到4个2R染色体的共显性标记,其中3个标记CGG9、SCM149、REMS1230位于2R长臂上,1个标记CGG62位于2R短臂上,这些共显性标记为分子标记辅助选择提供重要的工具。5、对含2R染色体的纯合家系进行多小种反应表明,含Sorento 2R染色体的材料对23个中国白粉菌生理小种均表现抗病效果,其抗病水平接近于Pm21,该结果为利用Sorento 2R染色体进行小麦抗病改良提供重要的理论依据。6、利用同源克隆的方法成功从六倍体小黑麦材料Legalo和Sorento中同源克隆了小麦NAM同源基因NAM-R1和NAM-R2。针对这两个基因开发了特异的分子标记NAMT2和NAMT3-2,利用Sorento与薛早回交群体成功将这两个基因分别定位于黑麦6R和2R染色体的短臂上。7、通过DNA、mRNA序列比对发现,NAM-R1和NAM-R2与已经克隆的小麦NAM基因同源性高达90%以上。对普通小麦、黑麦、大麦、簇毛麦、拟斯卑尔脱山羊草、提莫菲维小麦、拟南芥、水稻等NAM氨基酸序列进行多序列比对及进化树分析发现,黑麦NAM-R1（6RS）及拟斯卑尔脱山羊草NAM-S1（6SS）、簇毛麦NAM-V1（6VS）与小麦中已经克隆的第六部分同源群上的NAM-A1（6AS）、NAM-B1（6BS）、NAM-D1（6DS）、提莫菲维小麦TtiNAM-Gl（6GS）位于同一个分支上,而NAM-R2（2RS）与已经克隆的小麦NAM-A2（2AS）、NAM-B2（2BS）、NAM-D2（2DS）、大麦HvNAM-2（6HS）基因则位于同一个分支上。该结果证明了小麦及其近缘种属NAM基因具有非常好的部分同源特性。8、通过构建NAM-R1、NAM-R2、NAM-S1、NAM-V1基因的超表达载体,本研究成功将这四个基因转化到拟南芥Columbia中,通过Basta筛选及标记鉴定,获得了T2代阳性株系。初步表型调查表明,转黑麦NAM基因的拟南芥株系表现出提前成熟的现象。