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甘蔗（Saccharum spp.）是我国重要的糖料作物,由黑粉菌（Sporisorium scitanmineum）引起的甘蔗黑穗病严重影响甘蔗的产量和品质。培育抗病新品种是防治甘蔗黑穗病最为经济有效的措施。挖掘和鉴定甘蔗抗病基因是利用转基因或基因编辑技术培育抗黑穗病甘蔗新品种的前提和基础。Ca2+/H+反向转运体(Ca2+/H+exchanger,CAX)能够调节植物细胞内Ca2+水平,在植物生长发育和响应外界胁迫过程中发挥重要作用。目前,CAX基因在甘蔗中的挖掘及功能研究较少。本研究首次挖掘鉴定了甘蔗Ca2+/阳离子反向转运体(Ca2+/cation antiporter,CaCA)超家族基因,并对其序列特征、结构特性、表达情况及抗病功能进行了探究,旨在为甘蔗抗病分子育种提供基因资源。主要结果如下:1.甘蔗CaCA超家族基因的挖掘与鉴定共鉴定获得53个CaCA超家族基因,包括34个甘蔗近缘野生种割手密（Saccharum spontaneum）SsCaCA基因、14个甘蔗近缘物种高粱（Sorghum bicolor）Sb CaCA基因和5个甘蔗栽培种R570（Saccharum spp.R570 cultivar）Sh CaCA基因。系统进化树显示,CaCA超家族可以进一步分为CAX、CCX、EFCAX和MHX四个家族。CaCA蛋白整体被预测为膜定位的稳定疏水性蛋白。四个不同家族基因之间的内含子数目差异较大,其中MHX亚家族基因均含有7个内含子。SsCaCA、Sh CaCA和Sb CaCA家族基因都不均匀分布在20条割手密、4条R570和7条高粱染色体上。共线性分析显示,割手密、R570和高粱CaCA超家族基因之间存在紧密的同源关系。micro RNA靶点预测显示CaCA基因可能参与干旱和铜胁迫的应激反应。2.甘蔗ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4的克隆与表达分析从甘蔗栽培种新台糖22号（ROC22）中克隆获得ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4基因的cDNA全长序列。亚细胞定位结果显示,ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4均定位在细胞质和细胞膜上。q RT-PCR表达分析表明,ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4在ROC22不同组织中组成型表达,且两者均在叶中表达量最高。黑穗病菌处理后,ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4的表达水平均在感黑穗病品种ROC22中上调,而在其他5个甘蔗基因型中整体维持不变或下调。此外,ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4在脱落酸（abscisic acid,ABA）处理后上调表达,ShCAX2和ShCAX3在茉莉酸甲酯（methyl jasmonate,Me JA）处理后下调表达,ShCAX2在氯化钠和水杨酸（salicylic acid,SA）处理后上调表达。3.甘蔗ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4的抗病功能验证与对照相比,瞬时过表达ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4基因的本氏烟（Nicotiana benthamiana）叶片在接种烟草青枯菌（Ralstonia solanacearum）和烟草茄病镰刀菌蓝色变种（Fusarium solani var.coeruleum）后均显示出高敏感性。烟草免疫相关基因的表达分析揭示,ShCAX2、ShCAX3和ShCAX4可能通过调控超敏反应（hypersensitive response,HR）、SA、茉莉酸（jasmonate,JA）、乙烯（ethylene,ET）和活性氧（reactive oxygen species,ROS）途径相关基因的表达来参与烟草对病原菌胁迫的应答。将甘蔗ShCAX4基因进行异位遗传转化,对筛选获得的T2代转基因过表达ShCAX4本氏烟株系进行烟草青枯菌和茄病镰刀菌蓝色变种接种鉴定。结果显示,接种后转基因过表达株系的发病程度高于野生型,JA含量和脂氧合酶（lipoxygenase,LOX）活性降低,HR、SA、JA、ET和ROS等途径相关基因表达量发生变化。综合分析表型、生理和分子水平三个维度,ShCAX4基因在参与本氏烟对烟草茄病镰刀菌蓝色变种的抗性中起负调控作用。综上所述,本研究从全基因组水平鉴定和分析了甘蔗CaCA超家族基因,进一步从甘蔗中克隆了三个CAX基因并对其进行了表达分析和抗病功能鉴定。以上结果为全面了解CAX家族基因的序列特征、表达情况和抗病功能提供了理论基础和实践依据,为甘蔗抗病育种提供了潜在的基因资源。