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禾谷孢囊线虫是世界上分布范围最广、影响作物产量的主要生物胁迫因素之一，我国自1987年在湖北天门县发现该病害以来，迄今已在华北、西北、华中以及华东等13个省区市发现有分布，且有逐渐蔓延之势。控制CCN危害的最佳方式是依赖寄主本身对线虫的抗性，筛选和应用抗性基因是更加有效、可取、环境友好和可持续的方法。然而已发现的抗虫基因只有15个，有序列报道的仅有Cre3和CreZ,且均未进行功能验证，目前也无抗虫机制的相关报道。因此利用新的抗禾谷孢囊线虫资源克隆新的抗虫基因，认识其抗虫规律具有重要的理论意义和现实价值。易变山羊草1号是一个既抗禾谷孢囊线虫又抗南方根结线虫的双抗材料，是小麦抗线虫性状及抗性机理研究的优良遗传资源。本文开展了如下4个方面的研究:
1)根据Cre3和CreZ的序列信息设计了一对引物，从易变山羊草1号中同源克隆了两个抗禾谷孢囊线虫基因的候选序列，CreV8和CreV82。序列分析发现它们均与Cre3、CreZ和go35有高度的核苷酸同源性，对演绎氨基酸的分析发现CreV82很有可能是一个翻译提前终止的假基因，而CreV8则包含了完整的开放阅读框。CreV8全长3568bp，包含两个外显子和一个内含子，编码了920个氨基酸残基。其氨基酸序列包含信号肽、NB-ARC和LRR结构域，表现为典型的抗性基因的结构特点。进一步对保守结构域、蛋白三维结构和实时定量分析发现CreV8很有可能是一个有功能的抗禾谷孢囊线虫基因;
2)利用酶切连接和Gateway技术将CreV8和CreV82连接在不同的启动子后，构建了5个真核表达载体，通过农杆菌介导法将这5个载体转入烟草和小麦当中，对T0代的阳性烟草植株进行了南方根结线虫抗性鉴定，初步筛选出一个转入了CreV82的抗性植株X3-4，还有两个转入了CreV8的植株X4-73和X4-246表现出对该线虫的良好耐受性。对T1代阳性转基因小麦株系的抗禾谷孢囊线虫初步鉴定，筛选出5个转入了CreV8或CreV82而表现抗性的株系。本研究初步表明CreV8和CreV82可能对两类线虫均有抗性，也为烟草和小麦的抗线虫育种奠定了一定的物质基础。
3)鉴于至今尚无关于易变山羊草基因组、转录组和cDNA文库的报道，我们对该物种的根部进行了深度的转录组测序。等量混合接种禾谷孢囊线虫和不接虫两种处理在接虫后30小时、3天和9天的根部RNA进行IlluminaHiSeqTM2000测序平台4G深度的转录组从头测序，运用两个组装程序对测序数据进行拼接，最终发现Trinitymethod的组装结果在本研究中优于SOAPdenovo软件。通过Trinitymethod获得了118，064条独立基因(unigene)，其平均长度为500bp、N50为599bp、平均测序深度为33.25倍的。进一步对这些独立基因进行了注解，发现有7，408条独立基因和3个代谢途径与禾谷孢囊线虫的拮抗调控相关。本研究可为易变山羊草的基因组研究、功能基因组研究、根部发育以及线虫拮抗机制研究提供重要的数据库。
4)基于上述的根部转录组数据库，进一步对易变山羊草1号在不同阶段的抗禾谷孢囊线虫机制进行了探索。我们对接种CCN后30小时、3天、9天和同期未接种线虫的根部总RNA分别进行了RNA-Seq测序。对比3个时间点中不同处理的表达谱发现分别有8510、1796和2727条差异表达的转录本，同时鉴定出多个在特定时间点才出现表达差异的DEG，并发现149条DEGs、GO功能子目录“结构分子活性”和KEGG代谢途径“核糖体”持续在不同时间点的接种线虫和不接虫处理间总是表现出显著的表达量或活性差异。基于这些差异表达基因的功能注解，我们对易变山羊草1号在每个时期的抗虫机制进行了大概的推测。此外，我们还发现宿主在接种线虫9天时很可能采取了异喹啉生物碱合成代谢和类单萜类物质合成代谢两个新途径来拮抗线虫的危害。本研究首次报道了线虫侵染后易变山羊草的表达谱分析，鉴定出一系列与CCN抗性相关的候选基因和调控途径，对全面阐释植物的抗CCN机制具有重要意义。