水稻细菌性穗枯病又称水稻细菌性谷枯病，是一种由颖壳伯克氏菌 (Burkholderia glumae) 引起的严重的水稻种传病害，对全球水稻生产和食品安全造成了巨大威胁。由于缺乏对B. glumae在植物宿主中的适应性和发病机制的深入了解，迄今生产上还没有有效的防治措施。水平基因转移 (HGT) 已被证明是原核生物进化的主要驱动力。先前对60个Burkholderia全基因组的比较分析推断，大多数Burkholderia基因在其进化过程中至少经历过一次HGT，并在其菌株分化和致病性决定因素中起着重要作用。在本研究中，我们通过对LMG 2196菌株进行全基因组分析，鉴定到了42个潜在的水平转移基因。其中，一个注释为非核糖体肽合成酶(KS03_RS09665)的基因被确定为候选基因。进一步通过系统进化树的建立，发现该基因仅出现在与植物致病相关的Burkholderia菌属，并且在进化分枝上更接近于假单胞菌(Pseudomonas)中编码丁香肽合成酶(SypA)的sypA基因。为研究该基因在B. glumae致病性中的潜在作用，我们构建了syp基因缺失突变株。表型观察结果表明，sypA基因参与调控了该病菌的游动性、生物膜的形成、类似丁香肽代谢物的合成和致病性等重要生理表型。其中，与野生型菌株接种稻穗相比，sypA突变体接种稻穗后发病指数降低了20%。另外，与野生型菌株相比，sypA缺失突变菌株表现为游动能力显著下降、生物膜形成和类似丁香肽代谢物的合成受到抑制。综上所述，本研究探讨了水平转移基因sypA在颖壳伯克氏菌毒力中的作用。结果表明，sypA基因可能参与了颖壳伯克氏菌毒性物质丁香肽的合成，并且正向调控了其游动性和生物膜的形成，从而参与了颖壳伯克氏菌的致病力。本研究的结果强调了在颖壳伯克氏菌进化过程中，HGT现象对其毒力和适应性影响的可能性。

本研究在引起北方玉米叶枯病的半活体性营养真菌——玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）基因组中鉴定了13个StCFEM蛋白。CFEM结构域的序列比对和WebLogo分析表明，StCFEM氨基酸高度保守，除StCFEM1、2、3和6外，整体上含有8个典型的半胱氨酸；系统发育分析表明，根据有无跨膜结构域的存在，13个蛋白（StCFEM1-13）可分为2个分支，其中6个有信号肽且无跨膜结构域的StCFEM蛋白（StCFEM3, 4, 5, 10, 12, 13）被假定为候选效应蛋白；对蛋白三级结构进行预测，发现候选效应蛋白的CFEM结构域可以形成螺旋结构，与白色念珠菌（Candida albicans）Csa2同源；进一步利用pSuc2t7M13or酵母分泌系统验证效应蛋白的分泌功能，结果发现6个候选效应蛋白均具有分泌能力，鉴定为分泌蛋白；转录组分析表明，6个候选基因在真菌侵染过程中不同时期均表达，其中SCFEM3、4、5和12在附着胞形成时期高度表达；我们还发现StCFEM3、4和5对BAX/INF诱导的本氏烟草程序性细胞死亡（PCD）没有影响，而StCFEM12可以抑制INF诱导的PCD，但对BAX诱导的PCD没有影响。本研究发现玉米大斑病菌（S. turcica ）CFEM蛋白家族共有13个成员，鉴定StCFEM12为候选效应子，为阐明CFEM蛋白在植物原发病过程中的作用奠定了基础。

丝束蛋白（fimbrin）是肌动蛋白细胞骨架的调节因子，参与并控制多种组织和细胞的生理生化和发育过程。然而，fimbrin在对病原菌防御中，特别是在小麦抗条锈病中的作用研究匮乏，其机制尚待阐明。本研究以小麦品种水源11（Suwon 11）与条锈菌（Puccinia striiformis f. sp. tritici，Pst）生理小种CYR23组成非亲和互作，与生理小种CYR31组成成亲和互作，利用实时荧光定量 PCR 技术（qRT-PCR）对TaFIM1基因参与小麦抗条锈病的功能进行初步分析；对在非生物胁迫和施用外源激素处理TaFIM1基因的表达特征进行分析；通过病毒诱导的基因沉默（BSMV-VIGS）技术，验证TaFIM1在小麦抗条锈病中的功能。获得以下研究结果：TaFIM1在非亲和互作中的表达量显著上调，且在48 h表达量达到峰值，是对照0 h的6.0倍；在亲和互作中，TaFIM1的表达量无明显变化。TaFIM1能够响应不同非生物胁迫，在高温（Hot）、低温（Cool）、盐（NaCl）和干旱（PEG6000）胁迫下诱导TaFIM1基因表达量上调。BSMV-VIGS试验结果显示，借助大麦条纹花叶病毒对TaFIM1基因进行诱导沉默。对沉默成功的小麦植株分别接种条锈菌CYR23和CYR31。在非亲和互作中，沉默植株的抗病性降低，叶片上出现少量的夏孢子堆；在亲和互作中，与对照相比，叶片上的夏孢子堆数量增加，沉默植株的感病性增强。组织学观察发现，在48 h和120 h，TaFIM1沉默植株叶片中菌丝分支数和菌丝长度高于对照，在120 h基因沉默植株叶片中菌落面积显著高于对照组，表明TaFIM1沉默后小麦植株与对照相比感病性增强，进一步说明TaFIM1参与植物的抗病性。因此，TaFIM1与植物抗病性相关，在小麦抵抗条锈病的侵染过程中响应正调控作用。本研究为理解fimbrin在小麦中的作用提供了新的见解。

由稻瘟病菌引起的稻瘟病，是一种制约世界水稻生产的真菌病害。长期的生产实践表明，将持久广谱的抗性基因导入高产水稻品种，是防治该病害的首选。位于第11号染色体上的抗瘟基因 Pik 基因座，至少含有 Pi-1、Pik-h、Pi-k、Pik-m、Pik-s和Pik-p等6个重要的抗病基因；但由于当前缺乏适用的分子标记，限制了该基因座功能基因在抗病育种中的广泛应用。为了更好地在分子育种中利用该基因座的功能基因，开发Pik 基因座功能基因的特异性标记并用其分型种质资源具有重要意义。基于此，本研究通过对Pi-1、Pik-h、Pi-k、Pik-m、Pik-s、Pik-p等功能基因和非功能基因位点之间的序列广泛比较，获得了一个在这些功能基因启动子区-1015-bp处Pik-p缺失19-bp和一个在这些功能基因末端+6816-bp处Pi-1插入11-bp的的多态性位点，并据此分别开发出两个能精确区分出Pik-p、Pi-1和K型功能等位位点的Pikp-Del和Pi1-In标记；进一步通过结合稻瘟病菌室内接种和已有的dCAPS标记Pi1FNP和dCAPS-795鉴定，对这两个标记鉴定结果的准确性进行了评价。结果显示，我们鉴定的基因型与稻瘟病人工接种抗性表现和两个dCAPS标记的鉴定的结果完全一致。另外，我们还利用Pikp-Del和Pi1-In标记对531份水稻品种和育种材料进行了基因分型，结果表明，5份材料含有Pik-p基因，8份材料含有Pi-1基因，说明这两个基因在我国水稻稻瘟病抗性育种中还没有被充分利用；另外还有256份携带K型等位基因，这些材料可作为抗稻瘟病育种的种质资源。综上，Pikp-Del和Pi1-In标记可以实现对Pik-p、Pi-1和K型功能等位基因的精准检测，结合标记分型的种质资源，将会加速Pik-p 和Pi-1以及Pik 基因座的其它功能基因在抗病育种中的应用。

小麦叶锈病是危害小麦最严重的病害之一，该病由小麦叶锈菌（Puccinia recondite f. sp. tritici）引起，侵染小麦叶片，严重影响小麦光合作用从而造成减产，培育和利用小麦抗叶锈病品种是最为经济有效的防治措施。为鉴定国内外普通小麦材料中所携带的抗病基因并了解其组成背景，发掘新的抗叶锈病基因，本研究结合基因推导、分子标记检测等方法对66个来自世界不同国家的普通小麦品种（系）进行了抗叶锈病基因鉴定。在苗期接种17个不同毒力的小麦叶锈菌生理小种，通过与36个含有单个已知抗病基因的载体品种抗性比较进行基因推导。同时，利用12个与已知抗病基因紧密连锁的分子标记对供试品种（系）进行基因标记检测，以验证基因推导结果。在河南周口（2016-2017年度）、河北保定（2017-2018年度）两地对66个供试品种（系）进行小麦叶锈病田间叶锈抗性调查，利用SAS软件对鉴定数据进行分析，以筛选出具有成株慢锈性的品种。结果表明，在66个供试品种（系）中，12个品种（系）含有Lr1，4个品种（系）含有Lr26，3个品种含有Lr10，2个品种含有Lr20，2个品种含有Lr17。通过成株抗病基因分子标记检测发现，14个品种（系）含有Lr34，5个品种含有Lr46，3个品种（系）含有Lr37。结合田间调查结果发现，有17个品种（系）具有成株慢锈性。这些含有已知抗病基因的品种及慢锈性品种将丰富我国现有的小麦种质资源，有利于培育抗病品种，同时为利用基因布局防治小麦叶锈病提供遗传学依据。

胡萝卜果胶杆菌Pectobacterium carotovorum (Pc)引发的软腐病对大白菜(Brassica rapa subsp. pekinensis)危害严重。为探索大白菜响应胡萝卜果胶杆菌侵染的防御反应机制，本研究构建了Pc侵染大白菜的抑制消减（SSH）文库，共获得1,919个非冗余表达序列标签（ESTs）。采用ESTs进行cDNA芯片杂交，与接种无菌水的对照大白菜相比，在接种Pc后不同时间点的大白菜中共检测到800个差异表达基因（DEGs），通过实时荧光定量PCR和半定量PCR对部分差异表达基因进行表达检测，结果与芯片杂交结果基本一致，验证了芯片杂交结果的可靠性。通过MapMan软件进行可视化分析发现，1/4的差异表达基因可能参与植物的生物胁迫通路。其中，分别有8、8、1、3和2个差异表达基因与茉莉酸（JA）、乙烯（ET）、茉莉酸&乙烯、生长素和脱落酸（ABA）信号通路有关，然而并未检测到与水杨酸（SA）信号通路相关的差异表达基因。对胡萝卜果胶杆菌侵染大白菜叶片中产生的激素水平进行检测，发现茉莉酸和乙烯水平增加，而水杨酸水平降低。对大白菜进行激素处理后接种胡萝卜果胶杆菌，发现茉莉酸（JA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、乙烯前体1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC）或它们的组合（MeJA+ACC、JA+ACC）的处理，相比于对照（无菌水处理），可以减轻软腐病的发病严重程度，其中JA和JA+ACC的处理效果最为明显且其效果相当。这些研究表明茉莉酸和乙烯信号通路可能在Pc侵染大白菜过程中协同作用以抵御Pc，且茉莉酸介导的信号通路作用可能更加强烈。本研究对大白菜响应软腐病的防御反应机制进行了初步解析，对大白菜抗病分子育种和软腐病防治策略的开发具有重要理论价值。