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小麦叶锈病是由小麦叶锈菌（Puccinia recondite f.sp.tritici）侵染引起的真菌病害,是影响世界小麦生产安全的最重要病害之一,在我国曾发生多次大流行,造成严重的产量损失。培育和利用小麦抗叶锈病品种,是防治小麦叶锈病最为经济、有效和环保的方法。因此,定位和克隆小麦抗叶锈病基因,可以为分子育种提供抗病基因和功能标记,也将为抗病机理研究奠定基础。本研究通过精细定位、图位克隆、EMS诱变、MutRenSeq、转基因验证和单倍型分析等方法,从我国黄淮麦区小麦主栽品种周麦22中克隆了抗叶锈病基因LrZH22。LrZH22基因编码典型的具有核苷酸结合位点和富含亮氨酸重复的（NLR）抗病蛋白,进一步研究发现LrZH22基因是已知抗叶锈病基因Lr13,该基因为温敏基因,在较高温度下具有较好的抗性。由于Lr13被普遍认为是一个成株抗叶锈病基因,因此,LrZH22/Lr13的克隆有助于解析温敏抗性和成株抗性的分子机制。由于LrZH22/Lr13与杂种坏死基因Ne2为同一个基因,因此该基因的克隆为进一步揭示小麦寄主免疫和程序性细胞死亡的分子机制奠定了基础。本文主要研究结果如下:1.实验室前期研究将小麦抗叶锈病基因LrZH22定位在2BS染色体上,两侧紧密连锁标记为Xbarc55和Xgwm374,本研究进一步利用构建的周麦22/郑州5389的7,213个F2家系进行重组体筛选,获得了 332个在分子标记Xbarc55和Xgwm374之间发生交换的重组系,并对其进行了叶锈病抗性鉴定。利用中国春参考基因组序列和周麦22/郑州5389的BSR-Seq数据分析结果开发出6个SSR和4个SNP分子标记,其中3个分子标记HBA U12、HBA U5和HBAU458与LrZH22共分离,将LrZH22精细定位在0.15 cM遗传区间,对应中国春68.95 kb物理区段,可注释出2个基因:NLR和RP（Ribonuclease）,其中一个为典型的NBS-LRR抗病基因NLR,很可能为LrZH22候选基因。2.利用EMS诱变周麦22,经抗病性鉴定,获得8个纯感叶锈病M3突变体。应用MutRenSeq技术对突变体进行分析,获得一个编码NBS-LRR蛋白的候选基因,与通过精细定位获得的NLR候选基因一致。3.分别从周麦22和郑州5389中克隆了NLR和RP全长基因组序列,发现RP基因在抗感亲本间不存在序列差异;而NLR基因全长23,121 bp,其中CDS全长3,219 bp,编码1,072个氨基酸,存在三种剪切方式,在抗病亲本周麦22和感病亲本郑州5389的CDS间存在79处序列差异。周麦22所编码的NLR蛋白可预测出典型的RX-CClike、NB-ARC和具有11个LRR重复保守结构域的NLR蛋白。进一步进行qRT-PCR试验,发现NLR在周麦22和郑州5389中均受叶锈菌强烈的诱导表达,在6 hpi和36 hpi表达上调显著。4.NLR基因CDS全长序列分析,在6个感病M3代突变系中存在一个或两个非同义SNP（G/A）,分别导致错义或无义突变。在突变株EM1中发现一个突变位点由半胱氨酸（C）转为酪氨酸（Y）,另一个由丙氨酸（A）转变为苏氨酸（T）;EM2和EM3具有相同的单碱基G/A突变,导致甘氨酸（G）转变为谷氨酸（E）;EM4突变株在cDNA基因组上的1324的碱基发生G/A,从而由丙氨酸（A）转变为苏氨酸（T）;EM5和EM6分别在cDNA基因组上的位置c.G1548A和c.G2668A发生变异,导致提前终止,且均为无意义突变。突变体序列分析证明NLR基因对叶锈病的抗性。5.构建了NLR基因的过表达载体pTCK303-Hyg-NLR遗传转化感叶锈病小麦品种Fielder,结果表明含有NLR的转基因且表达的转基因后代单株表现叶锈病抗性,证实了NLR的抗叶锈病功能。6.利用34份多样性小麦材料进行NLR基因等位性变异分析,发现NLR具有12种等位变异类型;经序列比较,开发了抗病基因LrZH22/Lr13特异功能标记HBAU-LrZH22,可应用于分子标记辅助选择育种;小麦原生质体亚细胞定位结果表明,NLR蛋白在细胞核上表达。通过定位区间、序列分析和不同温度条件下的叶锈病表型鉴定结果表明LrZH22是已知小麦抗叶锈病基因Lr13;同时发现LrZH22/Lr13与早衰基因els1和杂种坏死基因Ne2为同一基因。7.利用HBAU-LrZH22检测了 262份小麦微核心种质和388份普通小麦品系,结果发现30份小麦材料中含有LrZH22/Lr13;进一步对388份小麦品系于2015/2016、2016/2017和2017/2018年份在河北省保定和河南省周口田间进行成株期抗叶锈病表型鉴定,发现含有LrZH22/Lr13基因的小麦品系叶锈病侵染的最终病害严重度（Mean FDS=5.5%）显著低于不含该基因的品系（Mean FDS=30.7%;t-test,P<0.01）。该基因的成功克隆和标记开发,将对进一步利用该基因有效控制我国小麦叶锈病具有重要意义。