玉米(Zea mays L.)不但是重要的粮食作物,还是重要的饲料来源、工业原料,在粮食供给和经济发展方面起着不可或缺的作用。丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一种最常见的内生菌根真菌,能与80%以上的陆地植物形成互惠共生体—丛枝菌根 (Arbuscular mycorrhiza, AM), AM不仅能够促进植物对水分和矿质元素特别是P素的吸收,改善植物营养状况,还能增强植物对生物和非生物胁迫的抗性,从而提高植物的产量和质量。高共生效率是丛枝菌根共生体系的关键起始因素,目前国内外对AMF与玉米间互作的研究集中在抗盐、抗旱、抗重金属污染等领域,而针对玉米同AMF共生效率的研究还未有报道,尚未从玉米遗传种质中鉴定出控制玉米同AMF共生效率的基因。随着单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)标记技术的发展,基于连锁不平衡(LD)的全基因组关联分析(GWAS)为复杂数量性状的研究开辟了新途径。本研究利用380份玉米自交系,对玉米同AMF共生效率的性状进行了GWAS分析,定位到一个主效基因并对其进行了功能验证,为进一步利用基因资源开展分子标记育种提供了研究目标。本研究发现,同番茄相比,玉米B73接种丛枝菌根真菌Rhizophagus irregularis也能够建立良好的共生关系,根系侵染率达到50%。同促进番茄生长类似,R. irregularis可显著提高B73的茎长、地上部鲜重,同时提高B73对玉米纹枯病菌(Rhizoctonia solani Kiihn)的抗性。商品化玉米郑单958和先玉335的R. irregularis根系侵染率都低于10%,盆栽实验和大田实验共同证实,R. irregularis对郑单958和先玉335的茎长、茎粗和玉米产量都无显著影响。说明菌根真菌在玉米上的有效利用,首先需要从遗传上改良共生效率。为鉴定玉米中影响玉米与丛枝菌根真菌共生关系的关键基因,我们选取了380份玉米自交系并接种R. irregularis,调查了共生效率。发现AMF在这些自交系中的侵染率分布为0%～100%,遗传差异显著。以侵染率作为遗传表型,利用覆盖全基因组的550000个SNP标记,对其中数据完善的303份玉米材料的根系侵染率进行全基因组关联分析。通过比较四个模型GLM模型、Q模型、K模型和Q+K模型,发现Q模型最适合进行全基因组关联分析。在Q模型下,共检测到27个显著性SNPs,分布在位于第2、4、5、7号不同染色体上的5个基因(MSERG1～5,P<1×10-4)上,这5个基因确定为控制玉米与R. irregularis共生效率相关基因的候选基因。以显著性最高的MSERG 4基因为研究对象,从玉米突变体库中检索到3个等位突变体,通过对鉴定的纯合突变体进行接种R. irregularis并分析共生效率,同野生型相比,MSERG 4-1, MSERG4-2和MSERG 4-3在接种R. irregularis后,根系AMF侵染率极显著提高,从而证明MSERG 4基因与R. irregularis同与玉米的共生效率相关。进一步的研究表明,突变体叶片中无机磷含量下降,茎中含量显著升高,而根中则显著降低。说明MSERG 4不仅能够负调控玉米根系与AMF的共生关系,并能影响菌根玉米植株中无机磷的分布,这暗示MSERG 4很可能通过影响植物对无机磷的吸收来调控共生过程。由于AMF与作物共生具有广谱性特点,为探讨MSERG 4基因参与调节共生效率的功能在不同物种中是否具有保守功能,我们通过同源比对的方法确定了水稻、烟草、番茄中的同源基因,并利用突变体或RNAi遗传转化的方法鉴定和创制了遗传材料,为后期验证相关基因的功能积累了材料。