[目的]TS2(tasselseed2)是玉米性别决定中的一个关键基因,国内外对其进行了多方面的研究,但其生理学功能至今仍然不清楚。本研究通过TS2基因的表达模式来阐明TS2的表达受什么信号物质刺激,从而推测TS2通过何种生理过程或信号转导途径来实现其在玉米性别决定中的作用。[方法]以玉米自交系B73苗期的叶片、茎尖、根,性别分化时期的穗位叶、雄蕊,开花期的雌蕊、节间、气生根、花丝为试验材料,在V3期(3叶1心期)喷施100μmol·L-1的GA、NAA、ABA、ACC、JA和2.5 mmol·L-1的S

为明确玉米大斑病菌StRTG2基因功能以及其在病菌不同发育时期的表达模式。利用酵母ScRTG2基因编码的氨基酸序列进行BlastP,在玉米大斑病菌中得到了其同源基因序列,将其命名为StRTG2;分别以玉米大斑病菌野生型01-23的全基因组DNA及cDNA为模板,对该基因进行克隆;利用生物信息学技术对该基因编码的蛋白StRtg2进行理化性质分析、结构域预测、亚细胞定位预测;利用MEGA 7.0对Rtg2进行进化关系分析;扩增目的片段的ORF序列,构建该基因原核表达载体,通过转化大肠杆菌BL21后,使用IPTG进行诱导表达;最后利用RNA-Seq数据库分析StRTG2基因在玉米大斑病菌关键生长发育时期(菌丝、分生孢子、芽管、附着胞和侵入钉)的表达模式。主要研究结果如下:克隆了该基因发现其长度为1 695 bp,不含有内含子;该基因编码的蛋白由564个氨基酸组成,理论等电点值(pI)是6.96,具有典型的Ppx-Gppa保守结构域,亚细胞定位预测结果显示,该蛋白在细胞各部位均有分布,分布于细胞质中的可能性最大;对该蛋白进行进化关系分析表明,玉米大斑病菌StRtg2蛋白与番茄匍柄霉菌中同源蛋白的同源性最高,其次是酿酒酵母;原核表达该基因,SDS-PAGE胶显示该蛋白的大小约为62 ku,与预期大小相符;表达模式分析发现,该基因在病菌发育的5个时期均有表达,其中芽管和侵入钉时期表达量显著降低。为进一步解析StRTG2基因的功能研究奠定基础。

12-氧-植物二烯酸还原酶(OPR)为黄素单核苷酸(FMN)依赖的氧化还原酶，是合成茉莉酸的关键酶，其对植物生长发育及防御调控具有重要作用。为研究OPR基因在玉米中的抗病作用，利用生物信息学方法，在31个玉米不同自交系中对OPR家族成员进行鉴定，并分析受玉米大斑病菌侵染后的表达规律。结果表明，在玉米B73品系中鉴定出了8个OPR基因，这些基因不均匀地分布于7条染色体上，且其表达蛋白富含酸性氨基酸。进一步分析发现，玉米OPR家族只有1种结构域Oxidored＿FMN,并且所有成员均包含已鉴定的10个蛋白质保守基序。利用MEGA软件对玉米、小麦、水稻和拟南芥的OPR家族成员进行系统发育关系分析，发现这些植物OPR基因家族进化关系具有明显差异，其中玉米和水稻的进化关系最为接近。运用OrthoFinder软件对其同源组分析发现，玉米OPR基因家族具有高度保守性，所有OPR基因均为核心基因，但其功能略有差别。进一步利用河北省植物生理与分子病理学重点实验室前期的RNA-seq数据，对玉米B73品系OPR基因响应大斑病菌侵染的表达模式进行分析，并通过qRT-PCR对基因表达模式进行验证，发现这些基因在病菌侵染玉米过程中呈现3种不同的表达模式。本研究系统的鉴定了玉米泛基因组OPR家族基因，以及确定了其在应对玉米大斑病菌侵染后的表达模式。

为了进一步了解玉米ZmERD基因,基于旱胁迫转录组数据,筛选出5个ZmERD基因。将这些基因编码的蛋白质与拟南芥16个ERD蛋白进行进化分析发现,GRMZM2G181206和GRMZM2G128641基因编码的蛋白质分别与AT4G02900和AT1G32090基因编码的蛋白质同源性较高。时空表达分析发现,GRMZM2G109201、GRMZM2G181206和GRMZM2G12864基因属于组成型表达,GRMZM2G134192基因属于特异型表达,只在花药中高表达。属于ERD6亚家族的GRMZM2G109201基因在旱敏感型(B73)和抗旱型(郑58)自交系中均表达,且郑58中表达量显著高于B73;随着旱胁迫时间的延长,GRMZM2G109201基因在B73中表达量差异不显著,但在郑58中表达量升高幅度达到显著水平。亚细胞定位显示,GRMZM2G109201基因编码的ZmERD6蛋白定位于质膜。推测GRMZM2G109201基因参与旱胁迫,且被正向诱导。

干旱胁迫对玉米生长发育造成严重影响，从而导致玉米产量降低。紫色酸性磷酸酶是一种参与植物多种生理生化功能的磷脂酶蛋白，为进一步深入研究紫色酸性磷酸酶家族基因在玉米抗逆过程中的作用，探究了ZmPAP26b基因在干旱胁迫下响应模式，利用实时荧光定量分析模拟干旱条件下不同玉米自交系中的基因相对表达量；从玉米中克隆ZmPAP26b(GenBank:NC＿050104.1),并对玉米、拟南芥、水稻、小麦、高粱和二穗短柄草中的PAP基因进行鉴定和生物信息学分析；同时构建原核过表达菌株进行功能验证。结果表明，干旱胁迫下该基因在耐旱材料中表达量下降，干旱敏感材料中表达量上升。该基因CDS全长1 431 bp,编码476个氨基酸。在6个物种中共发现228个PAP基因，系统发育分析发现，共分成4个亚家族。玉米中的19个PAP基因分布在9条染色体上并且具有相似的保守结构域，启动子顺式作用元件分析显示含有响应干旱和激素等元件。原核表达试验发现，含有重组质粒pET28a-ZmPAP26b的菌株在10%PEG-6000和15%PEG-6000模拟干旱胁迫下的生长与空载菌株都受到了抑制。综上所述，推测ZmPAP26b在干旱胁迫下呈负调控模式。

为了探讨玉米bZIP基因家族成员在玉米抗逆中的作用，以玉米骨干自交系郑58为试验材料，设置200 mmol/L的NaCl溶液、20%PEG6000(Polyethylene Glycol 6000)、4℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏胁迫试验，利用qPCR技术，对9个ZmbZIP基因应答各类逆境胁迫的响应表达模式进行了分析。系统进化树分析结果表明，9个ZmbZIP基因进一步细分为3个亚组。qPCR分析结果表明，8个基因在不同组织器官中表达，ZmbZIP80没有被检测到，其可能是假基因。在人为模拟盐、干旱、低温和氮胁迫条件下，8个ZmbZIP在应答不同胁迫时，呈现不同的表达模式，ZmbZIP37和ZmbZIP53受NaCl胁迫明显诱导，而ZmbZIP49和ZmbZIP79则受到显著抑制；硝态氮缺乏胁迫显著抑制叶片中ZmbZIP37和ZmbZIP53基因表达，ZmbZIP42和ZmbZIP49则受到铵态氮缺乏胁迫的明显诱导。这些结果表明，8个ZmbZIP在玉米抵御逆境胁迫时发挥着广泛的作用；9个ZmbZIP基因在玉米不同组织中和响应不同逆境胁迫时的表达模式明显不同。研究结果可为进一步研究这些基因的生物学功能提供科学数据。

为通过转基因植物等方法分析玉米ZmCBL2-2基因在耐逆性中的功能,运用RT-PCR(Reverse transcriptionPCR)方法克隆了该基因的编码区cDNA片段,并将其构建到植物表达载体p3301(pCAMBIA3301)上。同时,运用荧光实时定量PCR(Real-time quantitative PCR,RT-qPCR)技术对玉米幼苗期该基因在高盐、低温和养分缺乏等6种非生物胁迫下的表达动态进行了分析,发现其对于缺N、低K、低温、外源ABA(Abscisic acid)和水分胁迫均有显著的应答反应,而对于盐胁迫无明显的响应。

【目的】分析玉米2个光敏色素A基因(ZmPhyA1和ZmPhyA2)的蛋白结构及可能存在的功能区段,明确其响应于不同光线处理的表达模式。【方法】通过RT-PCR方法获得ZmPhyA1和ZmPhyA2编码的完整cDNA序列,推断2个基因编码蛋白的保守结构域,利用酵母双杂交测试其结构域间的物理互作,利用半定量RT-PCR技术分析不同光处理条件下ZmPhyA1和ZmPhyA2的表达模式。【结果】遗传进化树分析表明,ZmPHYA2与高粱光敏色素A的遗传关系要比与ZmPHYA1更近。ZmPHYA1与ZmPHYA2蛋白中含有1个GAF结构域、1个Phytochrome结构域、2个PAS结构域、1个HisK...

为了研究玉米蛋白磷酸酶2C (PP2C)基因对非生物胁迫的响应及生理功能,以耐旱玉米自交系豫882为试验材料,对玉米20%PEG6000胁迫处理转录组进行分析,筛选受干旱诱导强烈表达的PP2C基因,然后对其进行克隆、生物信息学分析及表达模式分析。结果表明,在玉米20%PEG6000胁迫处理转录组中筛选到一个干旱胁迫下显著上调表达的PP2C蛋白基因,命名为ZmPP2C6-01。ZmPP2C6-01基因的开放阅读框为1 242 bp,编码413个氨基酸,编码蛋白质的分子质量为43.8 ku,等电点为6.6,是一种亲水性蛋白。ZmPP2C6-01蛋白与高粱的PP2C蛋白亲缘关系最近,而与冬小麦、粗山羊草等的PP2C蛋白亲缘关系相对较远。ZmPP2C6-01蛋白定位于细胞核中。利用实时荧光定量PCR分析发现,ZmPP2C6-01基因在玉米根中的表达量最高,其次是叶,茎中最低;PEG胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中的表达量大部分时间点均高于对照,同时在叶中呈上调表达模式;在ABA、NaCl、高温胁迫下,ZmPP2C6-01基因在根中大部分时间点的表达量均低于对照,整体呈下降趋势,而在叶中的表达量均高于对照,呈上调表达模式。综上表明,ZmPP2C6-01基因响应干旱等逆境胁迫,但表达模式不一致。

【目的】确定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)黑色素合成酶基因St PKS、St3HNR、St4HNR、St SCD、St LAC1、St LAC2在基因组中的位置和基因结构,分析黑色素合成途径中6个合成酶基因在玉米大斑病菌侵染过程中从分生孢子萌发至穿透不同时期及菌丝生长时期的表达模式,明确6个基因与病菌发育和致病的关系。【方法】利用玉米大斑病菌基因组数据库,通过Blastp相似性搜索,鉴定6个基因在基因组中的定位,解析在基因组中的串联分布情况;收集玉米大斑病菌从分生孢子萌发到侵染的不同时期及菌丝生长时期的菌体材料,提取总RNA,以β-tubulin作为内参基因,根据黑色...

【目的】SRO(similar to rcd one)是植物所特有的一类小蛋白家族,其在植物的生长发育,及应对非生物胁迫中发挥着重要功能。基于玉米全基因组数据库,鉴定玉米SRO家族基因,分析其序列、基因定位、蛋白结构及其系统进化关系,同时解析Zm SROs在玉米组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下的表达变化,为阐明SRO基因在玉米生长和逆境响应中的功能研究奠定基础。【方法】利用拟南芥SRO家族基因为探针,在玉米全基因组查找并下载玉米SRO基因序列,并从Maize GDB中获取玉米SRO基因相关信息,包括CDS、氨基酸序列及染色体位置等。通过生物信息学工具(GSDS2.0、Expasy-protparam、SOPMA、Plant-m PLoc、EMBL-EBI、MEME)对获得序列的基因结构、蛋白质分子量、等电点、二级结构、亚细胞定位、保守结构域、保守基序原件等进行预测和分析。同时利用Clustalx(1.83)和MEGA 6.0软件进行同源序列比对并构建系统进化树。运用实时荧光定量PCR技术分析玉米SRO组织表达特异性及其在高盐和干旱胁迫下SRO的表达变化情况。【结果】从玉米全基因组共鉴定6个SRO家族基因,分别命名为Zm SRO1a—Zm SRO1f。Zm SROs分布于第1、4、5和9染色体,包含2—5个内含子。序列分析发现CDS序列长度在1 215—1 791 bp;编码氨基酸数目为404—596 aa;分子量为45.23—66.78 k D;等电点为7.01—9.17。亚细胞定位分析发现Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d定位于叶绿体,Zm SRO1e则定位于过氧化氢酶体,Zm SRO1f定位于细胞核。系统进化树分析发现Zm SROs分为3个亚类,Ⅰa亚类包括Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c,Ⅰb亚类包括Zm SRO1f,Ⅰc亚类包括Zm SRO1d/Zm SRO1e。保守结构域分析结果显示Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e包含PARP和RST结构域,缺少WWE结构域,Zm SRO1f包含WWE和PARP催化中心,RST结构域缺失。Zm SROs蛋白共找到5个保守基序,命名为基序1—5。Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c包含所有保守基序,Zm SRO1d/Zm SRO1e缺少保守基序3,Zm SRO1f缺少保守基序5。组织表达分析发现Zm SROs在根系特异性表达。高盐胁迫下,玉米根系中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1c/Zm SRO1d/Zm SRO1e在1 h时显著上调表达,地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达,而Zm SRO1f在处理6 h显著上调表达。干旱胁迫下,玉米根系Zm SRO1e在1 h显著上调表达,Zm SRO1f在24 h显著上调表达;地上部中Zm SRO1a/Zm SRO1b/Zm SRO1d/Zm SRO1e均下调表达。【结论】玉米SRO家族基因包含6个成员,被划分为3个亚类,6个Zm SROs在玉米根系中特异性表达,且可以不同程度地响应干旱和高盐胁迫。

以玉米自交系郑58为试验材料，利用生物信息学方法和qPCR技术，设置200 mmol/L NaCl、20%PEG6000、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏等胁迫试验，对11个ZmbZIP基因进行生物信息学分析，探测这些基因应答低温、干旱、盐害或者缺氮等胁迫时的响应表达模式。系统进化树分析结果表明，11个ZmbZIP基因可以细分为2个亚组；qPCR分析结果表明，不同亚组的ZmbZIP基因在玉米不同组织中呈现不同的表达特征，同一亚组的基因呈现类似的表达模式，反映了ZmbZIP基因在玉米生长发育进程中生物学功能的保守性和分化性。人为模拟盐、干旱、低温和氮缺乏等胁迫，结果表明，ZmbZIP基因受到各种逆境因子的广泛调控，亚组I中的ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP13表达量同时受NaCl溶液胁迫诱导而上调(相对表达量上调2倍)，受PEG6000胁迫抑制下调，亚组II中的ZmbZIP38、ZmbZIP77、ZmbZIP112和ZmbZIP124同时受盐、PEG6000和低温胁迫诱导上调，硝态氮缺乏胁迫抑制ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP134基因表达，而铵态氮缺乏胁迫下，这3个基因表达明显上调，推测这些基因广泛参与应答逆境胁迫响应途径。

谷胱甘肽硫转移酶基因(GST)可以参与植物应对非生物胁迫的过程。为了解ZmGST在玉米中响应盐和干旱胁迫的能力，以玉米自交系CA66为材料，通过RT-PCR克隆获得ZmGST基因并对该基因进行了生物信息学分析，通过实时荧光定量分析该基因在玉米不同组织以及在模拟干旱和盐胁迫下的相对表达量，构建原核表达载体后进行干旱和盐处理。结果表明，ZmGST基因CDS序列全长为384 bp,编码127个氨基酸，生物信息学分析结果表明，该基因属于Tau家族，为亲水不稳定蛋白，不存在跨膜结构，存在12个磷酸化修饰位点，未发现有信号肽，为非分泌型蛋白，亚细胞定位预测ZmGST位于细胞核和细胞质。同源序列结果表明，ZmGST与高粱的亲缘关系最近，与ZmGSTU14基因相似度最高。启动子分析结果发现，含有TC-rich repeats等元件，参与防御和应激反应。实时荧光定量结果显示，ZmGST基因在玉米根中的表达量最高，并受盐胁迫诱导上调表达，在处理24 h后达到最高。在原核水平的盐和干旱胁迫结果显示，重组质粒pET28a-ZmGST的大肠杆菌菌体在不同盐浓度的培养基中均能正常生长，模拟干旱被抑制。推测ZmGST基因在玉米响应盐胁迫方面有重要作用。

以玉米自交系郑58为试验材料，利用生物信息学方法和qPCR技术，设置200 mmol/L NaCl、20%PEG6000、4 ℃低温和硝态氮或铵态氮缺乏等胁迫试验，对11个ZmbZIP基因进行生物信息学分析，探测这些基因应答低温、干旱、盐害或者缺氮等胁迫时的响应表达模式。系统进化树分析结果表明，11个ZmbZIP基因可以细分为2个亚组；qPCR分析结果表明，不同亚组的ZmbZIP基因在玉米不同组织中呈现不同的表达特征，同一亚组的基因呈现类似的表达模式，反映了ZmbZIP基因在玉米生长发育进程中生物学功能的保守性和分化性。人为模拟盐、干旱、低温和氮缺乏等胁迫，结果表明，ZmbZIP基因受到各种逆境因子的广泛调控，亚组I中的ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP13表达量同时受NaCl溶液胁迫诱导而上调(相对表达量上调2倍)，受PEG6000胁迫抑制下调，亚组II中的ZmbZIP38、ZmbZIP77、ZmbZIP112和ZmbZIP124同时受盐、PEG6000和低温胁迫诱导上调，硝态氮缺乏胁迫抑制ZmbZIP1、ZmbZIP6和ZmbZIP134基因表达，而铵态氮缺乏胁迫下，这3个基因表达明显上调，推测这些基因广泛参与应答逆境胁迫响应途径。

B3基因家族是植物中特有的转录因子家族，在植物生长发育及胁迫响应中有重要作用。为探究B3基因家族在玉米(Zea mays)中的基本信息及生长发育和逆境胁迫中的生物学功能，本研究对玉米全基因组B3家族成员进行鉴定并分析相关信息，依据转录组数据分析B3基因家族组织特异性表达及胁迫处理下的表达响应。结果显示，玉米B3基因家族包含88个成员，分为ABI、ARF、HSI、RAV和REM 5个亚家族，均含有B3结构域，同一个亚族成员的基因结构及保守基序(数量、类型)相似。分析发现，B3成员基因的启动子区域中均富含激素及逆境响应等功能元件。组织特异性表达分析结果显示，大部分B3基因在分生组织中优势表达。对B3家族成员在冷、热、盐、紫外和干旱这5种胁迫因子的响应表达分析显示，5个亚家族成员均可不同程度参与响应冷、热、盐、紫外和干旱胁迫因子，其中HSI亚家族中的所有成员均参与了对紫外胁迫因子的响应途径。以上结果阐明了B3基因家族在玉米全基因组中的分布、结构和系统发育特征，并依据玉米转录组数据，初步推测其在生长发育和胁迫应激响应中发挥重要作用，为深入研究B3基因家族在玉米中的功能与分子机制提供了数据基础。