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小麦（Triticum aestivum）是世界上分布最广的三大粮食作物之一,也是我国重要的粮食作物。在小麦的生长过程中,真菌性病害是影响小麦产量和品质的重要因素。小麦纹枯病（wheat sharp eyespot）和小麦根腐病（root rot of wheat）是两种重要的小麦根部土传真菌病害,能在麦田土壤中多年累积,自小麦苗期至成株期均可以侵染发病,造成的小麦根部和茎基部的腐烂,在中国冬小麦主产区呈现逐年加重趋势,严重影响小麦的产量。针对这类土传真菌病害,目前尚无高效的防治药剂,培育并应用抗病小麦新品种无疑是控制这两种病害最经济和最有效的途径。由于对小麦抗纹枯病和根腐病的遗传机制的了解较少,及其抗病资源的匮乏,在小麦抗病基因工程的育种研究中,考虑引入新的抗性基因,创制广谱、稳定的抗病新种质,具有重要的实践意义。本研究采用“无毒基因-抗病基因双因子”（Avr/R transgene combinations）共转化的抗病基因工程策略,利用病原诱导型启动子,串联从水稻细菌性条斑病菌（Xanthomonas oryzae pv.oryzicola）中克隆并经改良的无毒基因avrRxo1基因片段,与来自玉米的非寄主抗病基因Rxo1共转化Bobwhite小麦品种,研究探讨非寄主抗性基因Rxo1与avrRxo1基因片段的互作对小麦根腐病等真菌性病害产生抗病性的分子机制。主要结果如下:构建了病原诱导型表达载体并进行了基因枪法介导的小麦转化。利用农杆菌介导的烟草瞬时表达系统,鉴定了病原诱导型启动子35S-mini的功能,接种禾谷丝核菌（Rhizoctonia cerealis）和麦根腐平脐蠕孢（Bipolaris sorokiniana）12 h开始,35S-mini可以启动GFP的表达。证明病原诱导型启动子35S-mini能够被这两种土传病原真菌诱导表达。由此,构建了病原诱导型启动子与改良的avrRxo1基因片段串联的表达载体,并通过基因枪介导法将其与Rxo1基因共转化Bobwhite小麦幼胚,经过除草剂压力筛选和再生、炼苗等过程,获得了转基因小麦T0代再生植株共132株。筛选出了转基因小麦阳性植株并对其进行了分子检测验证。对转基因小麦的再生苗进行PCR分子检测,共筛选出同时含有avrRxo1和Rxo1基因的阳性植株12株;对T2代KCA271、KCA352和CA411 3个株系的阳性小麦植株叶片接种麦根腐平脐蠕孢（B.sorokiniana）,RT-PCR检测结果显示,这三个转基因株系在接种后48 h均可以检测到avrRxo1和Rxo1基因的表达。对T2代转基因小麦阳性株系进行了抗病性分析。通过麦粒接种法对T2代转基因小麦的4个株系KCA271、KCA348、KCA352和CA411接种禾谷丝核菌（R.cerealis）和麦根腐平脐蠕孢（B.sorokiniana）,抗病性分析结果表明,与野生型对照相比,这4个株系的T2代转基因植株均对小麦纹枯病和根腐病表现出不同程度的抗病性,其中以含有病原诱导型启动子35S-mini的CA411株系对小麦纹枯病和根腐病的抗病性为最强。利用麦根腐平脐蠕孢（B.sorokiniana）对CA411株系的T2代转基因小麦进行叶片接种,分别从细胞观察、活性氧含量和保护酶系活性测定以及防御基因表达三方面对转基因小麦的抗病机制进行了初步的探讨。（1）通过细胞学观察发现,转基因阳性植株叶片细胞壁的木质素、胼胝质沉积和酚类物质的含量较野生型植株都有明显的增高;（2）活性氧含量和保护酶系活性测定结果表明,自接种后24 h,转基因植株的叶片出现明显的活性氧的积累,接种后96 h,出现活性氧产生的第二个高峰;SOD活性在接种后24 h有明显的提高,这种上升的趋势一直持续到接种后的48 h;而转基因植株中CAT的活性在接种后稍有降低,但变化幅度不大,与野生型植株相比,在病原菌接种的前期,CA411植株的CAT活性相对较低;（3）实时荧光定量检测分析表明,接种后24 h开始,avrRxo1和Rxo1基因的表达量有了显著的提高,说明病原菌接种诱导了外源基因的表达。对活性氧代谢基因和防卫相关基因的实时荧光定量检测表明,在转基因小麦中TaPR1、TaPR2、TaPAL、TaSOD、和TaAPX基因均在接种后2472 h之间的一到多个时间点呈现出上调表达,直到接种后96 h之后,表达量开始逐渐下降。TaPAL和TaAPX于接种后24 h出现最高的表达水平;TaPR1和TaSOD基因在接种后24 h就开始上调表达,于接种后48 h出现其表达的高峰期;仅TaCAT基因在病原菌侵染过程中未出现比野生型植株表达水平高的峰值。由于小麦纹枯病的主要病原菌禾谷丝核菌,在人工培养条件下难以产生有性和无性孢子,而且其营养体为双核菌丝,遗传特性复杂,因而造成对该病原菌的分子遗传学和小麦纹枯病致病机制的研究相对滞后。本实验以R.cerealis菌株WK-206为研究对象,探索了R.cerealis原生质体制备的方法并优化了原生质体再生的条件。确定了禾谷丝核菌R.cerealis原生质体的制备条件为:通过液体发酵培养6 d的禾谷丝核菌菌丝,采用15 mg/mL溶壁酶+10 mg/mL蜗牛酶组成的混合酶液,按酶液∶菌丝（湿重）=5∶1的质量比混合,在30℃,100 r/min的条件下,酶解4 h,可获得3.04×106个/mL的原生质体释放量;禾谷丝核菌原生质体再生优化条件为:以SuTC为稳渗剂悬浮原生质体,单层混菌法接种于TB3再生培养基,于25℃培养510 d,这种条件下,禾谷丝核菌原生质体的再生率较高,可达58.6%。综上所述,本研究首次将来自玉米的非寄主抗性基因Rxo1导入小麦,为了诱导其表达,采用“无毒基因-抗病基因双因子”共转化的抗病基因工程策略,以病原诱导型启动子串联经改良的无毒基因avrRxo1片段,经共转化获得转基因小麦对纹枯病和根腐病的抗病性明显提高,这一尝试为通过小麦抗病基因工程手段引入其他物种的非寄主抗性基因来创制广谱、持久稳定的小麦抗病新种质提供了理论基础。