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玉米茎腐病是一种普遍发生的危害严重的土传性病害,在世界各玉米产区均有发生。近几年来,我国玉米茎腐病亦呈蔓延趋势,危害逐年加剧,迫切需要培育一批抗茎腐病的新品种。深入了解玉米茎腐病的抗性遗传规律,克隆相应的抗病基因,剖析其抗病机理,可为玉米抗病育种提供理论依据。本实验室前期将玉米抗禾谷镰刀菌茎腐病主效QTL-qRfg1定位在10号染色体bin 10.04区域,两侧分子标记为SNP551和CCT11,物理距离大约170Kb。通过BAC序列比较及功能注释,确定ZmCCT为QTL-qRfg1的候选基因。本研究在此基础上,开展以下工作:1、QTL-qRfg1的定位区段含有二个转座子(TE1和TE2)插入/缺失的变异,其中TE1位于候选基因ZmCCT启动子上游～2.4 kb位置,而TE2距ZmCCT约91kb。利用47份玉米材料分析了二个转座子插入/缺失与田间抗性表现的关联,结果表明TE1的等位变异与抗性的密切相关。2、通过转基因手段将抗病自交系1145来源的ZmCCT基因导入到感病的HiII受体中,对4个独立转基因事件的T2、T4及T6代进行田间抗性鉴定,结果显示转基因阳性植株比非转基因对照抗病率提高8.2-37.5%。对2个独立的RNAi干扰转基因事件的T2BC2代进行田间抗性鉴定,结果表明阳性转基因植株比非转基因对照抗病率降低17.35-18.51%。转基因功能互补和RNAi干扰试验证实了 ZmCCT是QTL-qRfg1的抗病基因,调控玉米禾谷镰刀菌茎腐病的抗性。3、利用高世代回交后代的重组个体培育了遗传背景为Y3 31的近等基因系材料:即Y331-ATE (缺失TE1 的Y331-ZmCCT等位基因)和Y331-qRfg1 (包含完整 1145-ZmCCT等位基因)。禾谷镰刀菌接种后,Y331-ATE和Y331-qRfg1的ZmCCT基因的表达量迅速升高,在侵染后3小时达到峰值,随后又快速下降,在侵染6小时后回复到接种前水平。而Y331中含有转座子TE1插入的ZmCCT等位基因对病原菌侵染反应迟钝,表达量略有升高。这一结果表明TE1转座子插入与否直接影响到ZmCCT向应病原菌侵染的表达模式。4、利用近等基因系材料Y331-ATE和Y331检测ZmCCT启动子DNA甲基化修饰以及对病原菌的响应模式。结果发现无TE1转座子插入时,其下游ZmCCT启动子区域的DNA甲基化程度较低,在病原菌侵染后3小时后,其DNA甲基化水平迅速升高。相比较而言,含有转座子TE1插入的ZmCCT启动子区域DNA甲基化程度变化不大。这说明转座子TE1改变了ZmCCT启动子区域DNA的甲基化修饰以及其对于病原菌侵染的响应。5、利用近等基因系Y331-ATE和Y331检测ZmCCT启动子组蛋白甲基化修饰以及对病原菌的响应模式。发现无TE1插入时,ZmCCT启动子的组蛋白呈二价甲基化修饰,富含转录激活(H3K4me3)和转录抑制(H3K9me3/H3K27me3)组蛋白修饰。当TE1插入后,ZmCCT启动子选择性的去除了转录激活组蛋白修饰H3K4me3。病原菌侵染后,无TE1插入的ZmCCT启动子转录激活的H3K4me3逐渐下降,而转录抑制的H3K9me3/H3K27me3短时间内迅速下降,随后又上升。而含有转座子TE1插入的ZmCCT启动子组蛋白的甲基化修饰几乎没有任何变化。6、利用互补转基因材料验证了ZmCCT于玉米开花期及相关性状的影响。通过检测近等基因系材料Y331-△TE和Y331叶片中ZmCCT的光周期表达模式及ZmCCT启动子DNA甲基化水平,证明了TE1插入/缺失的变异可能通过改变ZmCCT启动子DNA甲基化状态,来影响叶片中ZmCCT的光周期诱导表达模式,从而改变了玉米的开花期及相关性状。7、利用近等基因系材料Y331-ATE和Y331鉴定ZmCCT对低氮胁迫、盐胁迫的作用。Y331 -ATE在胁迫条件下比Y331展现出更好的生长势。8、利用互补转基因材料研究ZmCCT的光周期敏感性与茎腐病抗性之间的内在关联。结果表明在玉米叶片中ZmCCT具有非常强烈的光周期敏感性,而根中的ZmCCT仅仅受到病原菌侵染的诱导,并不被光周期所调控,在不同的光周期条件下表现出稳定的抗性表现。