麦类锈病是麦类作物的主要病害之一，每年因锈病痫害造成的作物减产已成为威胁全球粮食安全的一个重要因素。过去几十年人们对作物锈病的研究主要集中在由单个R基因控制的质量抗性上，然而这类抗性往往具有小种专化性，很容易被快速进化的病原菌毒性生理小种突破，从而丧失抗性;由微效多基因控制的数量抗性具有广谱性和持久性，越来越受到重视。　　本论文以感病大麦株系L94和具有部分抗性的品种Vada、以及一个苗期主效QRL Rphq2的一对近等基因系L94-Rphq2和Vada-rphq2为实验材料，采用荧光显微技术观察不同基因型的大麦与大麦叶锈菌互作的组织病理学特征，利用基因表达谱分析、定量蛋白质组学、代谢组学等多组学手段，揭示大麦抗叶锈病的分子机理以及数量抗性位点Rphq2的抗性机制。　　荧光显微观察显示，相比L94，其近等基因系L94-Rphq2中有较高比例早期放弃的侵染点，且其侵染点周围有过敏性坏死样细胞壁酚类物质沉积，表明Rphq2可能介导了与H2O2相关联的细胞壁物质沉积而产生的气孔和细胞壁穿透抗性。基因表达谱和蛋白组数据分析表明，Rphq2对叶锈菌侵染的响应具有早期效应，主要表现在接菌后6小时，莽草酸、分支酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸合成途径以及下游苯丙素、木质素合成途径相关基因的表达强烈上调。虽然具有早期效应，但在接种后12小时和24小时，L94-Rphq2中多数途径的基因表达强烈下调，暗示Rphq2可能为一个负调控因子。代谢物含量测定未显示出明显的早期效应，但接菌后莽草酸、奎宁酸、苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸的含量也显著升高。　　对两个基因型的组成型差异表达分析发现，超过75％的差异基因/蛋白在L94-Rphq2中表现为不表达或低水平表达。基因组位置信息显示，在Rphq2精细定位的约120 kb范围内，几个受体样激酶基因显著低表达;在此区间内过氧化物酶基因PRX10和PRX12的编码蛋白也显著低表达。这一结果暗示Rphq2很可能是一个感病因子。Rphq2位点以外显著低表达的基因/蛋白除了一些受体样蛋白激酶外，主要是一些病程相关蛋白，如几丁质酶、葡聚糖内切-1，3-β-葡萄糖苷酶等。这些不表达或低水平表达的基因/蛋白也可能作为感病因子存在于大麦的抗感品种中，高表达使植物感病，不表达或低表达赋予植物一定程度的抗性。　　进一步分析揭示Rphq2可能通过提高活性氧的生成，或减少具有活性氧清除功能的酶类的表达或非酶类清除剂的生成来维持H2O2的水平，从而调控侵染点附近细胞的过敏性坏死来介导对叶锈菌的抗性。代谢组学分析结果显示接种后12、24和48小时由膜脂的β-氧化产生的脂肪酸尤其是不饱和脂肪酸如油酸、亚油酸和亚麻酸，在L94-Rphq2中含量升高的倍数显著高于L94，这也暗示由亚麻酸和亚油酸作为前体合成的JA的含量在两个基因型间存在差异。脂肪酸外施实验证明这些饱和与不饱和的脂肪酸在大麦对叶锈菌的抗病反应中具有重要作用。另外，L94-Rphq2中积累的多胺氧化产物β-丙氨酸显著高于L94，而前体亚精胺的水平显著低于L94，说明L94-Rphq2中多胺的氧化过程更活跃。多胺的氧化和膜脂的β-氧化是植物细胞内H2O2的重要来源。此外，具有活性氧清除功能的过氧化物酶和草酸氧化酶类豆球蛋白样蛋白的低表达，以及抗氧化剂类胡萝卜素合成途径一些基因的低表达都暗示Rphq2可能具有调节H2O2水平的作用。　　激素外施实验证明茉莉酸(JA)、水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)和赤霉素(GA)等都参与了大麦对大麦叶锈菌的抗病反应。JA显著延长了叶锈菌在携带Rphq2的大麦材料中的的潜育期，并且使其夏孢子堆面积减小，增强了携带Rphq2的大麦对叶锈菌的抗性，但对没有携带Rphq2的大麦不敏感。对接菌后JA含量的测定结果也显示JA含量仅在接菌后12小时的L94-Rphq2和Vada中显著上调。以上结果表明Rphq2在调控大麦对叶锈菌的数量抗性上可能与JA途径协同作用。　　综上所述，Rphq2的抗性主要体现在大麦叶锈菌的早期侵染阶段。发现在L94-Rphq2中存在一类较L94明显低表达的受体样激酶和过氧化物酶，这类蛋白的功能缺失或低水平表达导致在叶锈菌侵入时，其激发子与气孔保卫细胞和植物细胞表面受体的特异性识别或结合的效率降低，并激发一系列早期防卫反应，如木质素合成途径，过氧化氢的积累等。这种低效识别及早期防卫反应导致叶锈菌的侵入滞后或失败。