玉米是世界上种植最广泛的作物之一,同时也是我国第一大粮食作物,在保障国家粮食安全方面起着重要作用。然而,随着气候变化、秸秆还田和免耕少耕等栽培模式的推广,导致GSKJ4供应商田间玉米茎腐病病原不断积累,致使我国各玉米产区茎腐病呈逐年加重的趋势,茎腐病已经成为玉米生产中的重大难题。同时,玉米茎腐病不仅造成了巨大的产量损失,其病原菌分泌的真菌毒素还严重危害人畜健康。此外,玉米茎腐病还会引起茎秆强度变弱,导致后期倒伏等问题,严重影响机械化收获。由于茎腐病是玉米生长中后期发生的土传性病害,具有突发性强、防治困难等特点。因此,进一步挖掘玉米茎腐病的抗性分子,并解析其抗性Exogenous microbiota机制,将为培育抗病玉米品种奠定重要基础。过氧化物酶(Peroxiredoxin,Prx)属于抗氧化酶家族,是生物体活性氧清除系统的重要成员,广泛参与生物体的多种生物学过程。近年来的研究表明:Prx亚家族蛋白能够参与生物体抗病反应,然而,Prx在玉米茎腐病中的抗病功能尚不清楚。实验室前期通过比较蛋白质组学的方法对禾谷镰刀菌侵染前后的玉米蛋白质组进行了研究,鉴定到其中一个差异蛋白ZmPrx5与玉米对茎腐病的抗性相关。本研究在实验室前期工作的基础上,进一步筛选鉴定了ZmPrx5的纯合突变体株系,通过对突变体株系的抗病性鉴定和石蜡切片分析,证实了ZmPrx5能够提高玉米对茎腐病的抗性,接着对接种后的ZmPrx5纯合突变体和野生型株系进行转录组学研究,并结合过表达株系的防御相关基因表达分析,表明了ZmPrx5可能通过玉米防御相关代谢途径来提高玉米对茎腐病的抗性。主要研究结果如下:1、首先通过PCR的方法筛选鉴定到了ZmPrx5的Mu转座子插入纯合突变体。接着对筛选得到的ZmPrx5纯合突变体株系进行了qRT-PCR分析,结果发现:纯合突变体株系ZmPrx5的表达量显著低于野生型株系;进一步利用Western blot对纯合突变体和野生型株系中的ZmPrx5蛋白积累量进行了分析,结果表明:ZmPrx5纯合突变体中检测不到ZmPrx5蛋白的表达。上述结果说明我们鉴定到了ZmPrx5纯合突变体,可以用于后续研究。2、接着对ZmPrx5纯合突变体和野生型株系进行了玉米茎腐病抗性鉴定,结果表明:ZmPrx5纯合突变体株系的病斑长度Decitabine抑制剂和病斑发展速度显著高于野生型株系;对接种后的茎秆进行石蜡切片分析,结果发现:ZmPrx5纯合突变体株系中的禾谷镰刀菌菌丝明显多于野生型株系。上述结果进一步证实了ZmPrx5正向调控玉米对茎腐病的抗性。3、进一步对ZmPrx5调控玉米茎腐病的抗性机制进行了初步探索。首先对ZmPrx5纯合突变体及野生型株系的过氧化氢含量进行了检测,结果发现:ZmPrx5纯合突变体株系的过氧化氢含量明显高于野生型株系;后续对接种禾谷镰刀菌第20天后的ZmPrx5纯合突变体和野生型株系进行转录组学研究,共鉴定到3884个差异表达基因,其中上调表达1795个,下调表达2089个,对差异表达的基因进行了功能富集分析,结果发现:植物-病原体互作、苯丙氨酸代谢、苯并噁唑嗪酮生物合成、黄酮和黄酮醇生物合成等防御相关代谢通路显著富集。上述结果暗示了ZmPrx5介导的茎腐病抗性与防御相关代谢途径密切相关。4、最后利用实验室前期构建的ZmPrx5的过表达株系和鉴定到的ZmPrx5纯合突变体株系,对防御相关基因进行了表达分析,结果表明:相比阴性对照株系,防御相关基因WRKY33、Cytochrome P450等在过表达株系中显著上调表达,在突变体株系中显著下调表达。上述结果进一步证明了ZmPrx5可能通过防御相关途径来提高玉米对茎腐病的抗性。综上所述,该研究筛选鉴定到了ZmPrx5的纯合突变体株系,并通过qRT-PCR和Western blot证实了纯合突变体株系中ZmPrx5在转录水平和翻译水平的表达量显著低于野生型株系。接着对筛选鉴定到的ZmPrx5纯合突变体及野生型株系进行了茎腐病抗性鉴定以及病理学研究,证实了ZmPrx5能够提高玉米对茎腐病的抗性。后续通过生理生化和转录组学分析,表明ZmPrx5可能通过防御相关途径来提高玉米对茎腐病的抗性。该研究为Prx5亚家族蛋白在抗真菌病害中的研究奠定了基础,为玉米茎腐病抗性育种提供了潜在的遗传资源。