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玉米灰斑病和茎腐病是两种影响玉米产量的真菌性病害,在世界各玉米产区普遍发生。在本研究前期,选用玉米抗灰斑病自交系Y32和感灰斑病自交系Q11构建分离群体(F2,F2:3)。通过自然接菌,在玉米基因组扫描到4个QTL。将其中一个位于8号染色体的主效QTL-qRglsl定位到1 Mb的区间内。对于玉米茎腐病,本实验室前期选用高抗茎腐病自交系1145和高感茎腐病病自交系Y331构建分离群体(F2,BC1:2),通过人工接种禾谷镰刀菌,鉴定到两个抗玉米茎腐病QTL。将其中一个位于玉米1号染色体的微效QTL-qRfg2定位到2.5 kb的区间内,仅包含一个候选基因ZmAuxRP1。本研究在此基础上,对QTL-qRglsl进行基因克隆及抗病机理探究;对QTL-qRfg2进行转基因功能鉴定及抗病机理探究。1.在主效QTL-qRglsl定位区间内(IDP2-SNP2),开发新的分子标记,筛选重组单株,用于QTL-qRgls1精细定位。利用重组个体后代分离验证法对主效QTL-qRgls1进行了连续两年的精细定位。利用15个BC4F7以及24个BC6F7群体,将QTL-qRgls1定位到分子标记IDP2与M2之间,物理距离约为120 kb。并从BC7F7中获得遗传背景相似的抗感近等基因系NIL-R和NIL-S。2.连续5年对QTL-qRgls1的遗传效应进行鉴定,发现在田间能降低灰斑病病情指数 12.2-29.0%。3.通过筛选抗病亲本Y32BAC文库,获得了覆盖定位区间的阳性克隆。对定位区间内抗病亲本Y32序列进行基因预测,发现8个开放读码框。对其中6个有功能注释的基因进行表达分析,确定ZmWAK-RLK为抗病候选基因。互补转基因实验和过表达转基因实验结果表明,ZmWAK-RLK能够显著提高玉米对灰斑病的抗性,证实ZmWAK-RLK为抗病主效QTL-qRgls1的功能基因。4.ZmWAK-RLK编码一个细胞壁识别相关的类受体激酶,定位在细胞膜上,能够作为受体激酶识别胞外信号。抗感等位基因的主要差异也位于胞外结构域。利用ZmWAK-RLKY32筛选抗病亲本Y32的泛素化文库,鉴定到一个ZmHR-like蛋白与ZmWAK-RLKY32互作。ZmHR-like位于细胞膜上,表达不受病原菌诱导。ZmWAK-RLK介导的抗病机制还有待进一步研究。5.通过增强表达和RNAi转基因实验证实ZmAuxRP1能够显著提高玉米对茎腐病的抗性。玉米对茎腐病的抗性与ZmAuxRP1的表达量呈负相关。6.苗期接菌发现,Y331-R的抗病性显著的高于Y331-S,但Y331-S的根长显著长于Y331-R。EE+的根长和侧根数显著高于EE-,而RNAi+的根长和侧根数显著低于RNAi-。ZmAuxRP1表达量增高,能够促进玉米根的生长。表达分析和IAA含量测定发现,ZmAuxRP1表达量与IAA含量呈正相关。ZmAuxRP1表达量越高,IAA含量越高。7.外源NAA处理近等基因系幼根,能够诱导ZmAuxRP1的表达,抗病等位基因响应较感病等位基因快程度高。抗病等位基因启动子对NAA的响应也强于感病等位基因启动子。8.转录组分析发现:ZmAuxRP1表达量升高后,DEGs主要参与防御和免疫相关反应。KEGG富集发现,DEGs主要是富集在次级代谢产物合成相关通路。代谢组分析发现:ZmAuxRP1表达量升高后,IAA含量升高,BXs含量降低。ZmAuxRP1可以通过调节IGP的分配来平衡玉米根生长与茎腐病抗性。