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玉米甘蔗花叶病毒病是由甘蔗花叶病毒(Sugarcan moraic virus,SCMV)引起的病毒病害,对全球玉米生产安全造成严重危害。长期以来对此病的化学防治效果不明显,培育及推广优良玉米抗病品种是防治此病的有效措施。遗传研究表明,玉米抗甘蔗花叶病毒病涉及两个主效QTLs(Quantitative trait loci),Scmv1和Scmv2,分别位于第6和第3号染色体上。其中Scwv1在抗病早期发挥作用,而Scmv2在抗病后期显现功效。本课题组前期利用Scmv2位点固定Scmv1位点分离的F2群体对Scwv1进行了连续的精细定位,将其限定在分子标记R1-2和IDP11之间,物理距离为 112.39kb。本论文针对玉米抗甘蔗花叶病毒病主效QTL-Scmv1,开展精细定位、抗病基因克隆、抗病基因功能分析与抗病机理等研究,主要结果如下:1.在前期定位结果的基础上,利用发展自郑58(感病)×昌7-2(抗病)和黄C(高感)×X178(高抗)的两个RILs(Recombinant inbred lines)群体对Scmv1候选区段进行验证并筛选重组RILs,将Scmv1区段缩短至分子标记579P4和SNP3之间,物理距离为59.21kb。2.利用Scmv1定位区段内的分子标记分别筛选玉米抗病自交系FAP1360A、1145和黄早四的BAC(Bacterial artificial chromosome)文库,构建覆盖Scmv1的BAC重叠群。筛选最少重叠BAC克隆进行测序与基因注释,发现3个可能参与抗病反应的基因,分别为ZmTrxh、ZmCAS和ZmSUS。结合基因表达分析,确定ZmTrxh为抗病候选基因。3.从1145 BAC克隆(ZM579B1)中亚克隆完整ZmTrxh基因片段由农杆菌介导转化受体HiII(高感),获得转基因植株(T2,T3和T1F1)转基因结果显示,ZmTrxr能显著提高玉米在早期对SCMV的抗性,两个主效位点抗病基因均存在的转基因植株对SCMV表现完全抗性。4.ZmTrxh在抗感材料中基因编码区无多态性,启动子区域距ATG上游1.184kb为保守区段,其余部分差异显著。ZmTrxh表达水平与植株抗性表现密切相关。5.ZwTrxh在成熟叶片中表达水平最高。ZwTrxh能够响应SCMV诱导表达,在接种24h后达到表达高峰。在玉米原生质体瞬时表达体系中过表达ZmTrxh,可以抑制SCMV的复制。6.ZmTrxh编码非典型的H-型硫氧还蛋白,分布于细胞质中。抗病蛋白ZmTrxh活性位点处的两个半胱氨酸被天冬酰胺和丝氨酸替代(WNPQS),但仍可正常折叠形成典型的"Trx fold"三维结构。ZmTrxh蛋白活性位点的变化在玉米基因组中唯一存在,使其与其余典型的硫氧还蛋白相区别。蛋白活性测定表明ZmTrxh丧失氧化还原功能,但具有分子伴侣功能。7.以ZmTrxh作为诱饵蛋白筛选抗病自交系FAP1360A的酵母双杂文库,鉴定出两个互作蛋白 ZmRbcS(Maize ribulose-1,5-bisphosphatecarboxylase/oxygenase small subunit)和 ZmRbcL(Maize ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase large subunit)。在 SCMV 编码的 11 个蛋白中,P3和CP蛋白与寄主蛋白ZmRbcS和ZmRbcL互作。抗病蛋白ZmTrxh与SCMV编码的P3,CP,6K1,6K2,VPg 和 P3-PIPO 均存在互作。综合实验结果表明,ZmTrxh是玉米长期与病毒的抵抗反应中特异分化出来的抗病蛋白,编码非典型的氧化还原蛋白,利用自身分子伴侣的功能,通过保护寄主蛋白免受病毒蛋白袭击以及削弱病毒蛋白功能,从而抑制SCMV的复制,提高病毒对SCMV的抗性。