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植物代谢物对于人类的营养健康和植物自身抵抗外界生物及非生物胁迫都起着至关重要的作用。近年来,代谢组学的发展突飞猛进,然而,在植物代谢物与抗病表型之间的关系及自然变异规律很大程度上都是未知的。次生代谢物在生物体生长、繁衍、生物与非生物胁迫应激反应中具有无比重大的价值。青稞,是藏民对无皮大麦的称呼,它不仅是藏民的主要食粮、燃料和牲畜饲料,而且青稞也是医药、啤酒和保健品的原料;青稞不仅为藏区人民的健康生活和经济发展贡献卓越,而且对人类健康和社会经济的可持续发展都有重大的意义。青藏高原是我国及世界上青稞分布区域最广和种植面积最大的地区,资源极其丰富。青稞常常遭受白粉病的浸染,而造成大量的减产,因此探索不同类型物质在抗白粉类型的青稞中积累模式和遗传机制对于解析青稞抗病机理,生长发育及营养品质等性状有着重要的意义。本研究以不同地区的青稞为研究对象,利用MIM-EPI（多离子监测模式—增强子离子扫描）的方法来构建青稞叶片和种子MS2T代谢组数据库,该数据库极大地促进了以LC-MS（液相色谱-质谱联用）为基础的代谢组学发展,同时也利用标准品发展了广泛靶向代谢组学研究方法;在此基础上,进一步对青稞叶片进行白粉菌处理,对处理组和对照组进行差异代谢物分析,发现青稞抗白粉病的关键代谢物;之后对青稞基因组进行重测序获取单核苷酸多态性位点,结合青稞抗白粉病代谢组数据发掘抗白粉性状关键基因,揭示性状形成的遗传机制与调控网络,为青稞高效育种和提质增效奠定基础,提升青稞原始创新能力。本研究主要结果如下:1.青稞叶片和种子代谢组建库:我们利用广泛靶向代谢组学的分析方法,使用MIM-EPI（多离子监测模式—增强子离子扫描）的方法来构建MS2T数据库,进一步通过MIM的方法来触发二级质谱离子的收集。Q-TOF质谱仪对白粉处理组正离子模式下采集、处理并去重有1166个离子对;负离子模式下采集、处理并去重后有1530个离子对;Q-TOF质谱仪对白粉未处理组正离子模式下采集到1166个离子对,负离子模式下采集到1530个离子对。之后,将处理组和对照组得到的数据进行去重,去重后的数据进行参数优化,得到的结果是正离子模式下,青稞叶中鉴定到968个离子对;负离子模式下有1204个离子对,青稞种子的正、负离子模式质谱检测结果中,分别检测出了1197和1456个代谢物离子对。鉴定注释663个代谢物。其中,氨基酸及其衍生物物74个,类黄酮173个,羟基肉桂基衍生物19个,生物碱10个,糖类18个,脂类62个,植物激素8个,苯甲酸及其衍生物26,酚胺38个,核苷酸及其衍生物46个,有机酸及其衍生物57个,其他类134,总数663个已知代谢物。为了挖掘更多更齐全的代谢物,我们通过查阅青稞抗白粉文献,发现了148个代谢物,其中包括类黄酮69个,木质素类20个,异羟基异羟肟酸类19个,甜菜碱类10个,其他类30个。Q-Trap质谱仪在正离子模式下采集并处理后得到840个离子,负离子模式下采集处理并去重后得到有1625个离子对。本实验还对酚胺类物质进行重点挖掘,共鉴定到551个酚胺类代谢物。总之,本研究代谢组建库通过MWDB和文献及衍生数据后,得到已知物813个。对离子对汇总并去重后,共得到6100个离子对,包括正离子模式下有2800个离子对,负离子模式下有3300个离子对。2.青稞抗白粉代谢组检测:我们总共获得了青稞抗白粉叶片中3550个代谢物,分别包括正离子采集模式下1762个代谢物,负离子采集模式下1788个代谢物。最终,基于标准品成功鉴定注释到235个代谢物,基于二级谱解析出604个代谢物,所以本实验鉴定到已知代谢物839个,未知代谢物2693个。同时,结合MRM（多反应监测模式）对青稞534份青稞抗白粉叶片分别开展代谢物含量分析,获得青稞材料的代谢全谱。本研究共检测到黄酮262个,核苷酸及其衍生物36个,羟基肉桂酰衍生物37个,生物碱14个,糖类18个,脂类24个,植物激素8个,苯甲酸衍生物25个,酚胺25个,奎宁酸衍生物22个,有机酸及其衍生物112个,其他种类的代谢物256个。施加白粉处理后,81%代谢物含量上升,主要的代谢物包括类黄酮、有机酸及衍生物多元醇、羟基肉桂酰衍生物、氨基酸类等物质。接种白粉病后,抗白粉材料特有上调的代谢物为酚胺、氨基酸、黄酮类物质。接种白粉病后,敏感与抗白粉材料共同上调的代谢物为多酚、有机酸、羟基肉桂酰等衍生物。接种白粉病后,白粉敏感材料特有上调的代谢物为碳水化合物、有机酸、脂类等代谢物。代谢组分析结果表明氨基酸、黄酮、酚胺类物质在抵抗白粉病的过程中起到重要的作用。3.青稞抗白粉病m GWAS分析:为了研究青稞代谢组的遗传调控,利用高通量测序开展青稞534个品种的重测序研究,共计获得121.3百万个SNP信息,结合青稞抗白粉代谢物的相对定量结果,利用线性混合模型（LMM）进行以代谢物为基础的全基因组关联分析（m GWAS）,共筛选出36个可能控制青稞抗白粉相关代谢物积累与合成的候选基因。同时,基于青稞抗白粉表型性状的GWAS分析（m GWAS）,发现青稞抗白粉定位的基因与青稞叶片中类黄酮和酚胺定位到的基因共定位,为解析青稞抗白粉—代谢物—基因研究思路提供了基础。4.代谢相关基因的功能验证:我们通过体外酶活试验和烟草瞬时转化体系验证了酰基转移酶基因HVUL2H02730的功能。首先,通过构建1个候选基因的原核表达载体,并确定了其适宜的蛋白表达条件,对诱导表达的蛋白进行体外酶活验证。然后,我们选择烟草瞬时表达体系来进一步验证酰基转移酶HVUL2H02730在植物体内的功能,将目的基因转入农杆菌中然后借助农杆菌侵染烟草,之后对烟草的叶片进行代谢组检测,发现目标代谢物咖啡酰腐胺、阿魏酰腐胺和香豆酰腐胺转化植株中的含量都要明显高于野生烟草,其中咖啡酰腐胺的差异倍数最明显。本研究通过代谢组学、全基因组学结合生物信息学的多组学研究手段对青稞代谢组及青稞抗白粉病的遗传机理进行解析。并筛选到一个参与青稞抗白粉病的关键基因,并对该基因进行克隆和功能验证,并最终为青稞抗白粉性状的研究和作物遗传改良提供新的思路。