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玉米叶部病害为我国玉米产区的主要病害,如玉米南方锈病和大斑病。玉米南方锈病是玉米生产上普遍发生的真菌性气传病害,发病范围广,危害严重。玉米大斑病是由突脐蠕孢菌（Setosphaeria turcica）引起的世界性病害,由于品种抗性丧失,病原菌群体小种变异,大斑病发病率日趋严重,目前仍是生产上不可忽视的叶部病害。玉米病害不仅严重影响玉米的产量,而且影响玉米籽粒的品质,是制约玉米产业健康发展的重要因素之一。选育和推广玉米抗病品种是有效防治玉米南方锈病和大斑病等玉米叶部病害发生的重要手段。本研究通过构建两套重组自交系群体,鉴定到抗南方锈病的主效QTL RppK22,并对其进行图位克隆和功能分析,同时鉴定了抗大斑病的主效QTL qNCLB5.04,并且对其精细定位。本研究主要结果如下:1.利用高抗南方锈病亲本K22分别与感病亲本DAN340和BY815组配的两套重组自交系群体,结合高密度遗传连锁图谱和多年多点表型数据,对南方锈病抗性基因进行定位。在DAN340/K22重组自交系群体中检测到2个QTL,在K22/BY815重组自交系群体中检测到4个QTL,其中第10号染色体短臂顶端的主效QTL RppK22为一致性QTL,抗性效应均来自K22亲本。该主效QTL在两个群体中分别解释68%、66.8%表型变异。初步定位结果表明K22携带一个主效抗南方锈病QTL RppK22,并且RppK22在不同遗传背景下其抗病性表现稳定。2.采用图位克隆策略,精细定位RppK22,从包含3392株的遗传分离群体中筛选到重组单株,结合每个单株基因型、表型以及后代测验的结果,最终将RppK22缩小至标记RRD77与SSR258-3之间。基于玉米B73参考基因序列,该区间大小为16.7 Kb,包含2个编码蛋白的基因,其中Gene1编码一个CC-NB-LRR结构域的蛋白。3.基于精细定位的结果,对抗病亲本K22、感病亲本DAN340和感病自交系1145的3个BAC文库筛选。覆盖RppK22的阳性克隆采用三代测序仪Pac Bio RSII测序,BAC序列经过过滤、组装、比对,结果发现RppK22在抗病亲本K22中为3个串联重复的R基因（R1、R2和R3）,感病材料DAN340、1145、Mo17、B73中均只有1个R基因。R基因启动子和内含子均有较大结构变异。4.结合亲本的BAC序列,设计引物对重组单株进行测序,鉴定重组交换位点。结果发现重组可以发生在RppK22三个R基因（R1、R2、R3）任何一个基因上。K22的三个R基因均可以与DAN340的R基因（DR3）发生重组。所有抗病的重组单株均包含完整R3基因,感病的重组单株不包含或者包含不完整的R3基因,表明R3基因可能是南方锈病抗性的目标基因。从NIL-R与NIL-S构建的8000株F1群体中,筛选24个感病突变体,对其测序鉴定,结果发现所有感病突变体都携带R3-R1嵌合基因,说明R基因簇易于发生不对等交换事件。综合精细定位的重组单株和F1感病突变体的结果,表明R基因簇高频发生重组事件,不仅可以发生在不同材料的等位基因间,而且可以发生在同一个材料R基因簇内部。5.RppK22在抗病亲本K22中时空表达谱分析表明,R2基因在各个组织中均不表达;R3基因在叶片和叶鞘中特异表达,叶片的平均表达量比叶鞘高3～4倍。南方锈病接种前后表达分析表明,R2基因不受锈病病原菌的诱导表达,接种前后均不表达;R3基因接种前后表达量基本不变。因此,R3基因是抗南方锈病的目标基因。6.R3转基因互补实验结果表明,T2代和F2代共分离检测分析发现阳性转基因植株的抗性显著强于阴性,说明超表达R3 CDS能显著提高南方锈病抗性,但是这种抗性水平没有达到亲本K22水平,因此推测超表达R3 CDS序列能部分恢复南方锈病的抗性。7.对500份关联群体的RppK22进行单倍型分析。17个材料携带R3基因,其中12个材料与K22单倍型完全相同。携带R3基因的单倍型比不携带R3材料要显著的抗南方锈病。分析RppK22各个单倍型的频率,发现RppK22基因首先在启动子和内含子上经历转座子插入,随后经过不对等交换事件,形成新的单倍型。K22＿like单倍型再经历复制、片段丢失等事件,形成只有R3或者只有R2和R3基因的单倍型。8.亲本K22不仅高抗南方锈病,而且高抗玉米大斑病。利用K22/BY815重组自交系群体的遗传连锁图和大斑病病级病斑大小的表型,进行QTL鉴定。在病级和病斑大小中都鉴定6个QTL,其中qNCLB5.04为共定位的QTL,能在病级中解释19%～25%的表型变异。通过重组单株后代测验策略,将qNCLB5.04缩小至6 Mb区间。综上所述,RppK22是一个大效应且稳定的抗南方锈病主效QTL,易于发生不对等交换事件。玉米大斑病抗性是一个复杂的数量性状,受少数主效基因和多个微效基因共同控制。对RppK22和qNCLB5.04的精细定位和克隆有利于深入认识和理解玉米抗病的分子机制。