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茎基腐病(Fusarium crown rot resistance，FCR)是世界干旱和半干旱地区小麦生产中一种常见的土传病害。伴随着秸秆还田、节水节肥等耕作措施的推广，近年来我国小麦茎基腐病的发病率和严重度呈上升趋势，已成为威胁小麦生产的重要病害。目前，国内外小麦茎基腐病抗性种质资源匮乏、抗病位点和抗病基因稀缺，抗病机制不明确，严重制约着小麦抗茎基腐病遗传改良研究。关联分析是利用连锁不平衡原理将标记或候选基因与目标性状表型关联的统计方法。近年来，随着小麦测序的完成，该方法在发掘控制小麦重要数量性状的位点方面得到日益广泛的应用。蛋白质是细胞功能的最终执行者，研究抗病相关蛋白可以为抗病基因的研究提供参考或补充。为此，本研究在对我国不同生态区小麦种质资源进行抗病性鉴定和筛选的基础上，通过全基因组关联分析研究了小麦抗病位点的在我国小麦自然群体中的分布情况，并对接种后不同时间点抗、感材料差异表达的蛋白进行了分析。主要研究结果如下:
1.采用孢子悬浮液浸种法，分别以国外抗病材料‘Sunco’和中国感病品种‘陕253’为对照，对668份我国小麦品种(系)进行了温室苗期茎基腐病抗性鉴定。结果表明，供试品种(系)中感病材料(病情指数＞20)所占比例达到92％，且包含多个近年来小麦生产中的主推品种。河北地区‘石优17’和‘石新733’、河南地区‘04中36’和‘偃高21’、江苏地区‘淮麦26’等12份材料在温室试验中抗性水平接近抗性对照‘Sunco’。
2.结合品种来源、系谱信息和抗病表现对668份材料进行筛选，构建了由358个中国小麦品种(系)组成的自然群体。对自然群体进行了温室苗期和田间成株期茎基腐病抗性评价，同时调查了株高、抽穗期和穗型等农艺性状。结果表明，苗期与成株期抗性基本一致，品种‘石优17’，‘石新733’，‘04中36’，‘偃高21’和‘淮麦26’在苗期和成株期均表现稳定抗性。结合55KSNP芯片检测结果，通过关联分析首次发现位于5DL上一个由5个SNP锚定的约13.78Mb的染色体区段与茎基腐病抗性显著关联，且该位点在苗期和成株期均与抗性显著相关，对株高与抽穗期没有显著影响。在此基础上，进一步用抗病亲本‘04中36’和感病亲本‘良星518’的F2∶3群体对这一区间与抗病性关联的真实性和稳定性进行了验证。对比中国春参考基因组注释信息，该染色体区段共有175个基因，其中编码UGTs的TraesCS5D01G143300.1、编码TIR-NBS-LRR蛋白的TraesCS5D01G138700.1和编码重金属转运/解毒超家族蛋白的TraesCS5D01G141600.1，在抗、感品种接菌前后和不同时间均显著差异表达，说明这些基因在小麦抗茎基腐病菌侵染过程中具有重要作用。
3.对中抗品种‘04中36’和感病品种‘新麦26’在接菌后24h，48h和72h响应FCR侵染的蛋白质进行非标定量分析。鉴定出783个响应FCR侵染的蛋白。在抗病品种‘04中36’中，差异表达蛋白富集的生物学功能包括氨基聚糖分解代谢、氨基糖分解代谢、几丁质代谢、含氨基葡萄糖化合物代谢、含氨基葡萄糖化合物分解代谢和细胞壁大分子代谢过程。富集的代谢通路包括类黄酮生物合成和苯丙酸生物合成途径等。进一步分析发现，几丁质酶、光合作用相关蛋白、参与防御和细胞壁形成相关蛋白等33个差异蛋白在多个时间点重复出现，尤其是降解真菌细胞壁主要成分几丁质的几丁质酶，在‘04中36’接菌后三个时间点持续上调，因此该酶可能与抗病性相关。
鉴于我国多地小麦品种(系)抗性资源贫乏的现状，本研究筛选出的‘04中36’和‘石优17’等抗性品种丰富了我国小麦茎基腐病抗病资源，为抗病遗传研究提供了材料基础。5DL新位点由于其在苗期和成株期抗病过程中均起作用，且不受株高和抽穗期的影响，在茎基腐病抗性遗传研究中具有潜在的重要应用价值。后续研究将进一步发掘该位点附近的抗病候选基因。此外，本研究筛选出的的抗病相关蛋白及其编码基因为进一步筛选候选基因和研究FCR抗病机制提供了参考。
1.采用孢子悬浮液浸种法，分别以国外抗病材料‘Sunco’和中国感病品种‘陕253’为对照，对668份我国小麦品种(系)进行了温室苗期茎基腐病抗性鉴定。结果表明，供试品种(系)中感病材料(病情指数＞20)所占比例达到92％，且包含多个近年来小麦生产中的主推品种。河北地区‘石优17’和‘石新733’、河南地区‘04中36’和‘偃高21’、江苏地区‘淮麦26’等12份材料在温室试验中抗性水平接近抗性对照‘Sunco’。
2.结合品种来源、系谱信息和抗病表现对668份材料进行筛选，构建了由358个中国小麦品种(系)组成的自然群体。对自然群体进行了温室苗期和田间成株期茎基腐病抗性评价，同时调查了株高、抽穗期和穗型等农艺性状。结果表明，苗期与成株期抗性基本一致，品种‘石优17’，‘石新733’，‘04中36’，‘偃高21’和‘淮麦26’在苗期和成株期均表现稳定抗性。结合55KSNP芯片检测结果，通过关联分析首次发现位于5DL上一个由5个SNP锚定的约13.78Mb的染色体区段与茎基腐病抗性显著关联，且该位点在苗期和成株期均与抗性显著相关，对株高与抽穗期没有显著影响。在此基础上，进一步用抗病亲本‘04中36’和感病亲本‘良星518’的F2∶3群体对这一区间与抗病性关联的真实性和稳定性进行了验证。对比中国春参考基因组注释信息，该染色体区段共有175个基因，其中编码UGTs的TraesCS5D01G143300.1、编码TIR-NBS-LRR蛋白的TraesCS5D01G138700.1和编码重金属转运/解毒超家族蛋白的TraesCS5D01G141600.1，在抗、感品种接菌前后和不同时间均显著差异表达，说明这些基因在小麦抗茎基腐病菌侵染过程中具有重要作用。
3.对中抗品种‘04中36’和感病品种‘新麦26’在接菌后24h，48h和72h响应FCR侵染的蛋白质进行非标定量分析。鉴定出783个响应FCR侵染的蛋白。在抗病品种‘04中36’中，差异表达蛋白富集的生物学功能包括氨基聚糖分解代谢、氨基糖分解代谢、几丁质代谢、含氨基葡萄糖化合物代谢、含氨基葡萄糖化合物分解代谢和细胞壁大分子代谢过程。富集的代谢通路包括类黄酮生物合成和苯丙酸生物合成途径等。进一步分析发现，几丁质酶、光合作用相关蛋白、参与防御和细胞壁形成相关蛋白等33个差异蛋白在多个时间点重复出现，尤其是降解真菌细胞壁主要成分几丁质的几丁质酶，在‘04中36’接菌后三个时间点持续上调，因此该酶可能与抗病性相关。
鉴于我国多地小麦品种(系)抗性资源贫乏的现状，本研究筛选出的‘04中36’和‘石优17’等抗性品种丰富了我国小麦茎基腐病抗病资源，为抗病遗传研究提供了材料基础。5DL新位点由于其在苗期和成株期抗病过程中均起作用，且不受株高和抽穗期的影响，在茎基腐病抗性遗传研究中具有潜在的重要应用价值。后续研究将进一步发掘该位点附近的抗病候选基因。此外，本研究筛选出的的抗病相关蛋白及其编码基因为进一步筛选候选基因和研究FCR抗病机制提供了参考。