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刺梨（Rosa roxburghii Tratt）属蔷薇科蔷薇属植物。其果实肉脆、甜酸、具浓郁的特殊香味，被誉为水果中的“Vc之王”。其防癌、抑癌和抗衰老等保健作用在国内外引起很大关注。但在人工栽培过程中，白粉病发生较为普遍，主要危害幼叶、花蕾和幼果，在温暖湿润的地方或季节为害更为严重。培育抗病优质品种成了果树育种重要的方面之一，其前提是对抗病机制有较好的理解并应用。本研究选用抗、感白粉病品种为材料，从群体生物学、细胞学、分子生物学以及病理学等角度，开展了刺梨抗白粉病分子机制相关工作。主要结果如下：1．从病理学角度研究了刺梨白粉病年发生规律和白粉菌形态结构，包括分生孢子梗的荧光观察；分生孢子的长、宽；菌丝的直径与隔膜；子囊孢子的长、宽；子囊果的大小等。刺梨在受到白粉菌侵袭时，在菌丝周围发现H2O2的迅速累积，在被侵袭部位观察到胼胝质的积累。刺梨的几丁质酶和葡聚糖酶的表达水平在白粉菌接种前后差异显著。2．利用同源序列法克隆了刺梨抗病基因类似物（Resistance Gene Aanalogues，RGAs），研究了RGA基因的序列多态性、系统进化、遗传定位、与抗病位点关系、侧翼序列信息，并与蔷薇科多种果树作物的RGA基因进行了比较分析。从刺梨基因组中，得到了96个具有开放读码框架的RGA基因，其中34个RGA来源于抗病亲本——贵农6号，30个来源于感病亲本——贵农5号，32个来源于它们的F1后代。比较发现抗病亲本和感病亲本序列之间的核苷酸同源性平均值是54％，稍高于抗病亲本的34个序列内部的同源性52％。系统进化分析可以把这96个基因明显分为两大类：一类与nonTIR类型R基因同源性较高且含有该类型R基因的特异结构域，而另一类则含有TIR类型R基因的特异结构域。遗传作图把这96个基因定位到3个连锁群：最大的含有23个标记，命名为CR1，基因主要来源于抗病亲本和F1代；第二个连锁群CR2含有12个标记，全部来源于感病亲本；第三个连锁群CR3有6个标记。在第三个连锁群检测到一个抗白粉病QTL，离该QTL最近的RGA基因为RGA22。把这三个连锁群中的RGA基因的位置和进化树的位置比较分析发现，在一个进化枝上的RGA基因在遗传图上往往也紧密“捆绑”在一起，这是由于基因的串联重复（tandem duplication）之后序列分化造成的；另一种情况是来自明显不同进化枝的RGA基因在作图时定位在一块；形成杂合性基因簇（heterogeneous cluster），可能起源于RGA基因簇区域之间的异位重组（ecotopic recombination）。从亲本到F1代，还观察到了RGA基因片段缺失的现象，与RGA基因的减数分裂不稳定有关。利用TAIL-PCR策略，在RGA基因侧翼分离到了一个转座子类似序列，Southern杂交分析发现该基因的拷贝数在抗病亲本中较高，在种内，种间拷贝数有很大的差异，转座子极有可能参与了抗病新位点的形成。利用已经发表的蔷薇科RGA基因，我们分析了来自刺梨、苹果、桃、梨、草莓、杏和李等228个RGA基因，在属间、种间进行了比较分析，探索了RGA存在共线性的可能。进化分析还发现处于第125的组氨酸处于正向选择，补充了产生抗病新位点的动力。3．防卫相关基因（Defense-related genes，DR genes）在刺梨基因组的存在形式为基因家族，各成员之间多态性多为单核苷酸（SNP）多态性，其中几个成员响应于白粉菌侵袭。从刺梨抗病品种——贵农6号克隆了30个防卫相关基因，9个PTO-like激酶基因，21个病程相关蛋白基因（Pathogenesis-related genes），其中12个PR2基因，9个PR5基因。多态性主要由单核苷酸位点（SNP）构成，包括点突变、小插入／缺失（InDel）构成。PR5基因平均出现一个SNP频率为59 bp，PR2基因是64 bp。基于SNPs，我们开发了SNAP标记，共设计了23对引物，最后17个标记可以在F1群体定位。反向Northern表达分析表明，PR2数个基因在接种后的表达有所增强，PR5基因中的一个在接种后的表达明显增强。4．提出了刺梨抗白粉病新途径——光呼吸。首先构建了抗白粉病相关基因富集的抑制消减（SSH）文库，反向Northern筛选了其中的300个克隆。测序之后发现最为显著的是一些光呼吸相关的基因如核酮糖-1，5-二磷酸羧化／加氧酶（Rubisco）、Rubisco激活酶、乙醛酸转氨酶、谷氨酸转氨酶、甘油醛脱氢酶、铁氧还原蛋白和转运蛋白等。还有一些是已报道抗病相关的基因，如PR10、P450、泛素、STK-like kinase基因、Cf-9类似基因、LRR受体类似激酶等等，转录相关基因如NAC基因、Histone组蛋白基因，甚至是转座子基因。Real-Time PCR验证三个光呼吸相关重要基因Rubisco（命名ChrRBCs）、Rubisco激活酶（ChrRBCA）、乙醛酸氨基转移酶基因（ChrSGT）的表达明显响应于白粉菌接种。分光光度法检测也证明这三个酶的活性在白粉菌接种后明显上升。遗传作图发现这三个基因在刺梨基因组中聚类在一起。用RACE技术获得了这三个基因的全长，分别为812，935，1163 bp。还根据全长序列设计引物扩增这三个基因的DNA区域，比较它们在刺梨抗病品种贵农6号、感病品种贵农5号和贵农1号、对白粉病免疫的无籽刺梨、苹果、桃、梨、月季基因组中的不同。结果表明，抗病品种贵农6号和对白粉菌免疫的无籽刺梨在ChrRBCs位点的序列完全一样。因此，本研究提出了刺梨抗白粉病的分子机制——光呼吸途径。