小麦茎基腐病和纹枯病是生产上常见的两种土传病害,由于秸秆还田、高密度种植等耕作措施的实施和推广,近年来我国小麦茎基腐病和纹枯病的发病率和严重程度呈上升趋势,严重威胁小麦的产量和品质。目前,国内外小麦茎基腐病和纹枯病抗性种质资源匮乏,抗病基因的挖掘较少,抗病机制研究不够深入等问题都严重制约着小麦茎基PD-0332991体外腐病和纹枯病的遗传改良研究。植物代谢物在人类健康和植物自身生长方面都发挥着重要作用,随着技术的不断发展,植物代谢组研究已经取得了一定的进展,然而在小麦籽粒代谢物的自然变异和遗传调控研究方面都尚未取得较大的进展。本研究主要利用全基因组关联分析(GWAS)和数量性状定位(QTL)等遗传学方法,以及中国春基因组数据库、小麦660K SNP芯片、转录组测序、重测序和广泛靶向代谢组(LC-MS/MS)等技术方法,研究与小麦茎基腐病和纹枯病抗性以及籽粒代谢物相关的问题。本研究的主要结果如下:1)通过混池转录组分析、重测序结果、茎基部表达量、受菌诱导情况以及病毒诱导基因沉默等方式,挖掘到一个注释信息为细胞壁转化酶的基因(Ta CWI-B1)可能与小麦茎基腐病抗性相关。对Ta CWI-B1在来自于黄淮海地区的446份小麦材料中的多态性进行单倍型分析,结果表明主要形成3种单倍型,其中Ta CWI-B1＿Hap1(Ta CWI-B1)为抗病单倍型,Ta CWI-B1＿Hap2、3为感病单倍型,进一步通过构建两个F_6重组自交系群体验证了Ta CWI-B1＿Hap1的抗病作用。通过突变和过表达Ta CWI-B1＿Hap1的方式验证了其正向调控小麦茎基腐病。根据Ta CWI-B1的不同单倍型序列,开发了一个d CAPS标记,能够有效的区分Ta CWI-B1＿Hap1和Ta CWI-B1＿Hap2、3。2)对Ta CWI-B1的突变体和过表达小麦植株的茎基部进行组织学以及细胞壁成分分析。结果表明与对应野生型小麦植株相比,突变Ta CWI-B1使植株茎基部细胞壁变薄,果胶和纤维素含量显著下降;过表达Ta CWI-B1使植株茎基部细胞壁增厚,果胶和纤维素含量显著上升。通过酵母双杂交和双荧光素试实验验证了Ta CWI-B1能够与一个注释信息为α-半乳酸糖苷酶(Ta GAL)的蛋白互作。进一步利用q RT-PCR证明了Ta CWI-B1能够抑制Ta GAL的表达,且通过Ta GAL的突变体验证了其能够负向调控茎基腐病。3)为进一步验证Ta CWI-B1基因对土传病害是否有广谱抗性,对44Defensive medicine6份小麦材料、两个F_6重组自交系群体、Ta CWI-B1突变体和过表达材料、Ta GAL的突变体小麦植株的纹枯病抗性进行了鉴定,发现具有Ta CWI-B1＿Hap1基因型的小麦植株更抗小麦纹枯病,具有Ta CWI-B1＿Hap2、3基因型的小麦植株更感小麦纹枯病;与野生型植株相比,Ta CWI-B1的突变体小麦植株纹枯病抗性减弱,而Ta CWI-B1过表达小麦植株纹枯病抗性增强,Ta GAL的突变体小麦植株的纹枯病抗性增强。4)利用LC-MS/MS技术对来自于黄淮海地区的349份关联群体材料和由咸阳大穗/新麦26(XX＿RIL)构建的F_(10)代包含138个重组自交系的材料进行了籽粒代谢物种类和含量的检测分析。共鉴定到947种代谢物,其中159种代谢物能够直接通过标准品直接确定,302种代谢物能够推测出信息,其余的为未知物质。对关联群体材料的籽粒代谢物含量进行变异系数(Coefficient of variation,CV)分析,结果表明代谢物含量在不同小麦品种间具有较大的差异。利用代谢物全基因组关联分析(Metabolites genome-wide association analysis,m GWAS)和代谢物数量性状定位(Metabolites quantitative trait loci,m QTL)的方法和小麦660K SNP芯片对鉴定到的947种代谢物进行m GWAS和m QTL分析。其中m GWAS共定位到分布在全基因组上的33,566个显著性SNP(P<0.0001);通过m QTL共定位到3804个QTL(LOD≥2.5),结合m GWAS和m QTL定位到的位点及区间,发现其中94种代谢物能够共同定位在同一区间内,进一步分析发现了一个能够同时影响13种与色氨酸代谢通路相关的代谢物的候选基因Traes CS7A03G0128100。5)对33个籽粒性状进行了表型全基因组关联分析(Phenotype genome wide association analysis,p GWAS),共定位到了22,099个显著性SNP位点(P<0.0001)。结合m GWAS、p GWAS和m QTL的分析结果发现了1799个SNP能够被共同定位到。进一步分析结果证明Traes CS4A02G343700基因能够影响籽粒圆度(Roundness)与赤霉素A4(Gibberellin A4,GA4)含量,该结果需要进一步通过突变体、转基因、基因编辑等方式去验证该候选基因的STM2457核磁相关功能。由于目前小麦茎基腐病和纹枯病抗性基因和抗性机制以及小麦籽粒代谢组研究的缺乏,本研究发现的Ta CWI-B1能够通过降低Ta GAL的表达来增加小麦植株茎基部的细胞壁的厚度而提高了小麦植株对茎基腐病和纹枯病的抗性,为小麦抗茎基腐病和纹枯病病育种提供了遗传基础和基因资源。同时本研究构建了一个广泛的代谢物种类库,并进一步解析了代谢物调控网络,发现了一些能够影响代谢物含量来改变籽粒相关性状的基因,表明通过代谢组学解析复杂农艺性状的可行性。