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杨树（Populus L.）作为我国主要用材林树种,病害的广泛发生严重制约其生产应用。本研究从数量遗传学和分子生物学的角度探讨杨树抗病遗传学规律,挖掘并验证一批参与抗病防卫反应的候选基因。在数量遗传学研究方面,主要借助于I-69杨×小叶杨杂交F1群体开展叶锈病抗性QTL定位,对获得的主效QTL区间进行候选基因分析,提出可靠性极强的抗叶锈病候选基因。在分子生物学研究方面,通过多组学分析挖掘一批抗病防卫反应候选基因,随后在拟南芥和杨树中构建超表达转基因突变体,对突变体材料进行抗病相关性状鉴定,确定其是否参与杨树抗病防卫反应。主要研究结果陈述如下:1、在前期构建的I-69杨×小叶杨杂交F1大群体中,随机挑选300个子代进行扦插繁殖构成一个新的F1群体。提取该群体亲本和子代单株DNA,进行GBS（Genotyping By Sequencing）测序。对获得的GBS数据进行深度挖掘,获取SNP（Single Nucleotide Polymorphism）分子标记,并构建了一张高密度遗传图谱,该图谱共含2539个SNP分子标记。其中,父本图谱上具有1650个SNP分子标记,母本图谱上具有889个SNP分子标记,父母本图谱上均具有19个连锁群。在2017-2018年,分别在3个环境下对300个子代进行叶锈病抗性鉴定,结合高密度遗传图谱和叶锈病抗性鉴定结果,对叶锈病抗性进行QTL定位,解析叶锈病抗性变异的遗传规律。在所获得的主效QTL位点中,对应于17号染色体64.00-68.00 cM位置的QTL表型贡献率最高达到12.84%,并能在两个不同环境中重复。对该QTL位点进行候选基因分析,发现在QTL峰值处有一个R基因在父本小叶杨基因组中出现601bp片段缺失多态性。利用该多态性进行PCR引物设计,成功获得了一个与杨树叶锈病抗性QTL区间紧密连锁的共显性分子标记。2、通过对茉莉酸（Jasmonic Acid,简称JA）、水杨酸（Salicylic Acid,简称SA）、叶锈病病原菌处理杨树叶片,并开展转录组学分析和部分基因实时荧光定量PCR（qRT-PCR）验证,按照一定的阈值和筛选方案,从中挑选出6个抗病防卫反应基因,这些基因对应毛果杨参考基因组编号为Potri.005G257900、Potri.003G166500、Potri.007G099400、Potri.004G158200、Potri.006G055600和Potri.004G161500。为方便叙述,将它们分别编号为XW1、XW2、XW4、bZIP44、ZI、GATA6。此外,实验室前期毕业同学研究的两个与杨树抗病防卫反应相关的基因,分别为Potri.007G123700（YH3）基因和Potri.011G070100（YH9）基因也作为目的基因进行后续研究。对筛选出的候选转录因子基因构建GFP（绿色荧光蛋白）融合载体,在烟草表皮细胞中开展亚细胞定位,发现这些候选基因中的转录因子蛋白均定位在细胞核中。3、对上述筛选的8个目的基因构建超表达载体,并对其中的bZIP44基因构建抑制表达载体。通过花序侵染法将bZIP44基因和YH9基因的超表达载体转入野生型拟南芥。通过农杆菌介导法将所有8个目的基因的超表达载体转入南林895杨中。对上述转基因材料开展DNA、RNA和蛋白质3个水平阳性鉴定,均成功获得阳性转化株系。对拟南芥中获得的阳性转化材料进行单拷贝筛选和自交繁殖,成功获得bZIP44基因和YH9基因的T3代转基因材料各两个株系。对杨树转化材料进行扩增繁殖,大部分基因对应的阳性材料获得足够的转基因株系和单株。4、利用灰霉菌（Botrytis cinerea）及丁香假单孢杆菌pstDC3000（P.syringae pv.tomato strain DC3000）接种超表达bZIP44和YH9基因的拟南芥T3代纯合子和野生型拟南芥,结果显示在拟南芥中超表达YH9基因对灰霉菌的抗性减弱,而对pstDC3000的抗性没有明显规律;在拟南芥中超表达bZIP44基因对pstDC3000的抗性增强,而对灰霉菌的抗性减弱。5、利用杨树溃疡病病原菌葡萄座腔菌（Botryosphaeria dothidea）菌系3C进行室内离体接种所获得的杨树转基因材料叶片,与野生对照相比,转基因YH9、ZI、XW4的杨树表现出高度感病,而其他接种的转基因株系对3C抗性没有明显改变。利用杨树叶枯病病原菌细链格孢菌（Alternaria alternata）菌系3E进行室内离体接种所获得的杨树转基因材料叶片,与野生对照相比,转基因bZIP44、YH3、YH9的杨树株系表现出明显感病。因时间有限,部分基因超表达杨树转基因材料数量不足,未开展抗病接种鉴定。通过本项目的开展,我们成功获得了杨树叶锈病抗性QTL区间,并开发了与抗性位点紧密连锁的分子标记;同时我们还获得了一批参与杨树抗病防卫反应的候选基因,并对部分基因开展了两种病原菌接种鉴定。基于此,本研究加深了我们对杨树叶锈病抗性的了解,为抗性分子标记开发和深入细致的解析杨树对叶锈病抗性变异的遗传规律奠定基础,同时获得了与杨树抗病防卫反应相关的基因资源,为开展杨树抗病转基因育种提供参考。