小麦是我国最重要的三大粮食作物(玉米、水稻和小麦)之一,其产量仅次于玉米和水稻,排在第三位。小麦赤霉病(Fusarium head bligh或wheat scab)发生于小麦抽穗扬花期,是最重要的穗部病害之一。它不仅造成严重的产量损失,而且还因为产生各种毒素(尤其是DON毒素),对人畜的生命安全构成威胁,从而降低小麦的品质。在小麦赤霉病大流行年份,可以造成70%,甚至是100%的产量损失。大量研究表明,培育和种植抗赤霉病品种是解决小麦抗赤霉病问题最简单、最经济、最环保和最有效的措施。然而,目前生产上可以利用的有效抗源并不多,利用最多的抗源是来自苏麦3号的抗赤霉病基因Fhb1。因此,继续寻找和挖掘新的高抗赤霉病基因,培育高抗小麦赤霉病品种,对于我国乃至世界小麦育种来说具有重要的研究意义。本研究采用分子遗传学、细胞遗传学和比较基因组学等方法和手段,研究四个7E染色体之间的遗传关系;建立长穗偃麦草染色体抗赤霉病基因Fhb7抗病区段与水稻、高粱和短柄草基因组的共线性关系,寻找与其紧密连锁的分子标记;借助于小麦ph1b基因诱导小麦7D染色体与长穗偃麦草7el2染色体部分同源重组,追踪分析偃麦草染色体在小麦中遗传特点,创制小麦-长穗偃麦草抗赤霉病短片段异位系;创制同时携带抗赤霉病基因Fhb1和Fhb7的遗传育种材料及Fhb7在小麦遗传改良中的应用。本研究获得的重要研究结果如下:(1)四个偃麦草7E染色体间均能够发生配对,但不同偃麦草7E染色间的配对率不同,说明四个偃麦草7E间遗传关系较近。二倍体长穗偃麦草7Ee染色体能够与十倍体长穗偃麦草7el1、7el2染色体和中间偃麦草7Ei染色体配对,且7el2染色体能与7Ei染色体配对,但配对率较低;7el1染色体与7el2和7Ei染色体间的配对率较高,分别为71.64%和85.96%。(2)以假鹅观草基因组DNA为探针,以中国春基因组DNA为封阻DNA,原位杂交鉴定结果表明7el2染色体在染色体两端和着丝粒区域均有较强烈的杂交信号,说明7el2染色体属于Js基组;7Ee染色体的原位杂交结果与以二倍体长穗偃麦草基因组DNA为探针的杂交结果相似;7el1和7Ei染色体二者均仅在染色体两端区域有强烈的杂交信号,说明7el1和7Ei同属于J基组。(3)根据减数分裂期不同染色体间的配对率和分子标记统计数据,对上述四个偃麦草7e染色体进行upgma聚类分析,结果表明,7el1与7ei染色体间的遗传关系最近;7el2与7el1-7ei复合体的遗传关系较近;而7ee与其它三个偃麦草7e染色体间的遗传关系最远。(4)本研究通过染色体配对、分子标记和染色体原位杂交综合分析,首次发现并解释了7el1与7ei遗传关系较近的细胞学原因。(5)本研究首次发现了长穗偃麦草7el染色体抗赤霉病基因fhb7染色体区段与水稻、短柄草和高粱相应区段间的共线性关系,长穗偃麦草抗赤霉病区段与水稻6号染色体、短柄草1号染色体和高粱10号染色体共线。(6)本研究根据上述共线性关系,以共线性区段内水稻、短柄草和高粱基因组的共线基因cnda序列为模板,利用conservedprimer2.0设计保守分子标记,并连同ssr、sts、dart标记构建了一张更为精密的7e染色体遗传图谱。该图谱包括167个分子标记,全长158.97cm,平均标记间遗传距离为0.95cm;将抗赤霉病基因fhb7定位在1.7cm范围内,且两侧紧密连锁的分子标记为xcfa2240和xsdauk66;该抗病区间对应于水稻、短柄草和高粱的基因组大小分别为18.8、37.1和27.0kb。(7)在开发的6个保守分子标记(xsdauk)中,有4个分子标记(xsdauk13、xsdauk60、xsdauk66和xsdauk71)是根据共线区间内水稻、短柄草和高粱的共有基因开发的;xsdauk144是根据短柄草的基因bradi1g29441设计的,该基因在水稻和高粱对应区间内无共线基因;xsdauk130是根据短柄草和高粱间的共线基因(bradi1g29320和sb10g031180)设计的,这两个基因在水稻对应区间内无共线基因。(8)基因顺序倒位现象是不同物种间遗传进化的重要推动力,加速了不同物种对环境的适应能力。本研究发现,长穗偃麦草抗赤霉病基因fhb7染色体区段与水稻6号染色体区段(os06g51490-os06g51510)和高粱10号染色体区段(sb10g031240-sb10g031265)内的基因顺序一致,而与短柄草1号染色体区段(bradi1g29250-bradi1g29300)内的基因顺序相反。(9)根据上述开发的与抗赤霉病基因紧密连锁的分子标记,对创建的208个小麦-长穗偃麦草7el2染色体遗传工程材料(中国ph1b突变体诱导部分同源重组)进行分子标记筛选,最终获得了两个潜在的短片段易位系sdau1881和sdau1886;赤霉病抗病鉴定结果表明,与对照中国春和ks24-2相比,这两个材料均表现出良好的赤霉病抗性;分子标记鉴定结果表明,这两个易位系的易位发生位点(7DL-7elL)介于分子标记Xwmc273和XBM137749间。(10)原位杂交鉴定结果表明,上述两个潜在的小麦-长穗偃麦草抗赤霉病易位系均具有相对较小的外源染色体片段,易位染色体片段占易位染色体的比例分别为16.1%和17.3%;与对照KS24-2相比,大约有65%的长穗偃麦草染色体片段通过小麦-偃麦草染色体间的部分同源重组重组掉,从而被小麦7D染色体片段替换。(11)利用35个小麦品种对获得的与抗赤霉病基因紧密连锁的3个共显性分子标记XsdauK66、Xcfa2240和XsdauK352进行了分子辅助选择有效性验证,结果表明,这3个分子标记均能够用于小麦抗赤霉病基因Fhb7的辅助选择育种。(12)利用与抗赤霉病基因Fhb1紧密连锁的分子标记(Xgwm493和Xgwm533)和与抗赤霉病基因Fhb7紧密连锁的分子标记(XsdauK66、Xcfa2240和XsdauK352),获得了聚合了Fhb1与Fhb7两个抗赤霉病基因的育种材料(SDAU1902、SDAU1903、SDAU1904和SDAU1906),随后的赤霉病抗性鉴定结果表明,与对照中国春相比,这4个聚合体育种材料均具有很好的赤霉病抗性,发病小穗数NDS分别为1.6、1.4、1.4和1.5,说明这4份材料可能含有Fhb1和Fhb7基因。(13)为进一步验证来自十倍体长穗偃麦草抗赤霉病基因Fhb7在不同小麦背景下的赤霉病抗性,借助于分子标记选择,将抗赤霉病基因Fhb7导入到济麦22、山农22、泰山23、济南17、良星99和山农14等大面积推广小麦品种中,并获得了这些品种的遗传改良系,赤霉病抗性鉴定结果表明,与对照品种相比,含有Fhb7的遗传改良系的赤霉病抗性显著提高;与中国春背景下的小麦-偃麦草短片段易位系SDAU1881和SDAU1886相比,导入到上述品种中获得的携带Fhb7的遗传改良系农艺性状好,是更理想的育种杂交亲本。