小麦白粉病和条锈病分别是由小麦白粉病菌(Blumeria graminis f.sp.tritici)和条锈病菌(Puccinia striiformis f.sp.tritici)引起的世界性病害,严重影响了小麦的品质和产量。选育和推广抗病小麦品种对有效控制小麦条锈病和白粉病的流行与危害至关重要。迄今,国内外学者已经分别鉴定了57个小麦白粉病抗性基因和59个条锈病抗性基因。但是由于抗源单一化引起的毒性单化,造成大部分抗病基因抗性丧失。因此,迫切需要寻找并引入新的抗病基因,增强小麦栽培品种的抗性,以满足生产需要。在小麦遗传改良中,偃麦草属的中间偃麦草(Thinopyrum intermedium)和长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum)是利用比较成功的多年生野生近缘植物,其遗传变异丰富,蕴含许多改善小麦品质、增强小麦抗性的有利基因,是小麦遗传改良的重要基因资源。本研究针对小麦白粉病和条锈病抗源单一,外源抗病基因匮乏的现状,对由染色体异源重组技术获得的偃麦草衍生品系进行分子细胞学分析,并采用分子标记技术对所导入的外源抗病基因进行准确定位,寻找与其紧密连锁的分子标记,为下一步利用多抗性小偃麦易位系,开展分子标记抗性聚合育种及基因克隆奠定基础,并推动所开发的外源抗病基因在小麦生产上得以广泛利用。本文的主要研究结果总结如下:1.2个新型多抗性小麦-中间偃麦草部分双二倍体的细胞学分析。利用基因组原位杂交(GISH)方法,我们发现TAI8331包含中间偃麦草的1对St染色体、2对J染色体、3对JS染色体和2对St/J重组易位染色体。TAI8332包含中间偃麦草的3对St染色体,1对J染色体,2对JS染色体和1对St/J重组易位染色体。2.鉴定了147份小偃麦衍生品系的白粉病和条锈病抗性。以选育多抗性小偃麦衍生品系为目标,对育成的147份衍生品系进行了白粉病和条锈病抗病性接种鉴定,结果发现苗期对小麦白粉病E09免疫的品系80份,对白粉病E21免疫的品系66份,对条锈病CYR31免疫的品系44份,对条锈病CYR32免疫的品系70份。成株期对白粉病E09免疫的品系83份,对条锈病CYR32免疫的品系112份。全生育期对白粉病和条锈病均免疫的品系20份。筛选出具有优异农艺性状的小偃麦衍生品系4份,其中CH13-21、CH5383和CH5382为小麦-中间偃麦草衍生品系,CH7086为小麦-长穗偃麦草衍生品系。3.小偃麦衍生品系CH13-21、CH5383、CH5382和CH7086的分子细胞学分析。(1)以中间偃麦草基因组DNA为探针,中国春(CS)基因组DNA作封阻的GISH分析发现CH13-21染色体数为42条,包括1对中间偃麦草基因组染色体。多色荧光原位杂交(mc-GISH和mc-FISH)结合分子标记分析,发现CH13-21为兼抗小麦白粉病和条锈病的新T6BS?6Ai#1L易位系。(2)以中间偃麦草DNA作探针,中国春总DNA作封阻的GISH分析发现CH5383染色体数目为42条,无外源杂交信号存在。以p Hv G38作探针的FISH分析发现CH5383染色体3BL端部有明显不同于对照中国春的杂交信号。分子标记分析证实,CH5383包含的中间偃麦草外源DNA片段位于3BL bin 0.81-1.00区域。(3)GISH分析未在CH5382中检测到外源杂交信号。分子标记分析将CH5382中外源中间偃麦草DNA片段定位于第2同源群短臂和第5同源群长臂上。(4)GISH分析和Giemsa-C带对CH7086的分析未检测到外源长穗偃麦草DNA片段存在,p Hv G38作探针的FISH发现CH7086与对照中国春相比,2BL染色体端部有丰富的杂交信号。4.源于中间偃麦草的条锈病抗病新基因Yr CH5383的定位分析。为了研究CH8383中条锈病抗病基因的遗传方式和基因所处染色体位置,将CH5383与感病小麦品种(系)杂交和回交获得抗、感杂交F1、F2群体和F2:3家系,条锈病抗性遗传分析发现CH5383成株期条锈病抗性受1对显性核基因控制,利用SSR标记将抗条锈病基因Yr CH5383定位于小麦3B染色体长臂端部。根据抗性来源及抗病基因在染色体上的位置,判断Yr CH5383是一个位于小麦3BL上的条锈病抗病新基因。5.小麦白粉病抗性基因Pm CH5382的遗传分析和定位。CH5382与感病小麦品种杂交的F1、F2和F2:3后代群体白粉病成株期抗性鉴定表明,其白粉病抗性受一对显性基因控制。分子标记筛选发现6对SSR标记与Pm CH5382连锁,结合中国春缺体-四体和1BL双端体分析,发现该基因位于小麦染色体1BL上。6.源自长穗偃麦草抗白粉病新基因Pm51的定位与标记。为了研究小偃麦渗入系CH7086中白粉病抗病基因在染色体上的位置,将SSR标记对CH7086与感病小麦品系杂交的F2:3家系进行分析,筛选到5对与CH7086中抗白粉病基因Pm CH86连锁的SSR标记。中国春缺体-四体、2B双端体和2BL缺失系定位Pm CH86于2BL bin 0.89-1.00区间。利用小麦、水稻和短柄草基因组间的共线性关系,对Pm51进行比较基因组学分析,构建了Pm CH86比较基因组学遗传连锁图谱。发现基因Pm CH86所在染色体2BL bin 0.89-1.00区间与水稻第4染色体长臂约214 kb基因组区间(Os04g56740~Os04g57140)和短柄草第5染色体长臂约198 kb基因组区间(Bradi5g25090~Bradi5g25390)具有直系同源关系。综合基因来源、所处染色体位置、白粉病小种鉴定和等位性测验分析,认定Pm CH86是一个白粉病抗病新基因,目前已正式命名为Pm51。同时开发出与白粉病抗病基因Pm51连锁的EST-STS标记,其中标记BQ246670与Pm51基因的遗传距离仅为1.5 c M,可以快速、有效追踪含有Pm51基因的小麦种质材料,从而缩短抗病材料的筛选时间,加快小麦抗病育种进程。本研究获得源自中间偃麦草和长穂偃麦草的4份兼抗白粉病和条锈病的小偃麦整臂易位系和隐形渗入系,丰富了从亲缘关系更远的小麦近缘属中发掘新基因的理论与实践。首次对源于偃麦草的抗病新基因进行分子标记并初步构建了其遗传图谱,其中1个新基因已被国际小麦基因命名委员会正式定名为Pm51,该基因是我国具有知识产权的小麦抗病新基因。同时通过比较基因组学分析开发了一批与抗病基因连锁的分子标记,为小麦抗病分子育种和进一步开展抗性基因的精细定位与克隆奠定了基础。