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。

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。

bZIP转录因子广泛存在于植物中，在调节植物生长发育和非生物胁迫应答中起着重要作用。为探究bZIP转录因子在玉米干旱胁迫响应中的功能，在玉米苗期干旱胁迫处理5 d和复水3 d时，利用转录组测序技术对转录因子基因的表达变化进行分析，筛选到一个响应干旱和复水处理的bZIP转录因子(ZmbZIP26),共表达网络分析发现，ZmbZIP26处于网络调节的核心节点位置。ZmbZIP26基因含有558 bp的开放阅读框，编码185个氨基酸，属于亲水性蛋白。蛋白质进化树及保守序列分析发现，ZmbZIP26蛋白与高粱和芒草同源蛋白的同源性较高，而且在同一氨基酸位置上的保守基序相同。启动子顺式作用元件分析表明，ATG上游2 000 bp区域内含有干旱响应元件、激素响应元件和光响应元件等。qRT-PCR分析发现，ZmbZIP26是组成型表达基因，在幼茎、雌穗和根中高表达，且ZmbZIP26基因积极响应干旱、高温、高盐、氮胁迫及恢复正常的过程，可能在植物的抗逆过程中发挥着重要作用。亚细胞定位分析发现，ZmbZIP26属于核蛋白，定位在细胞核上。蛋白质互作预测发现，ZmbZIP26可能与锌指蛋白、丝氨酸蛋白、钙依赖性蛋白、谷胱甘肽转移蛋白等互作构建了一张调控网络，协同调控玉米生长发育和胁迫应答过程。

【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。

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。

NRL(NPH3/RPT2-Like)是植物所特有的一类光响应蛋白，在向光素信号途径中发挥重要作用。利用生物信息学手段结合qRT-PCR技术，在玉米基因组水平对该家族基因进行鉴定并对其编码蛋白的性质、结构、进化、生育期组织表达和逆境表达进行分析。结果鉴定了31个ZmNRL基因，不均匀地分布于玉米9条染色体上，编码的氨基酸序列长度在464～749个，预测具有叶绿体、细胞核和细胞质等亚细胞定位。依据蛋白保守性将ZmNRL家族划分为四大类，基因结构也具有一定的保守性，多数基因含有4个外显子。基因启动子存在大量脱落酸、茉莉酸、光响应和抗氧化等顺式元件分析，其中G-box和Sp1等两类光相关元件数量较多。ZmNRL家族基因在生育期组织部位表达具有一定的时空特异性，总体表达量不高，仅有ZmNRL2、ZmNRL4、ZmNRL24和ZmNRL29相对高表达。通过生育期组织表达数据共表达及其模块GO富集分析发现，6个ZmNRL基因可通过叶绿体等生物发生及组装生物过程，参与对叶片生长发育的调控。qRT-PCR结果表明，高温处理玉米幼苗ZmNRL12上调表达显著，干旱、盐和病原物接种处理ZmNRL5、ZmNRL7和ZmNRL19基因下调表达。综上，在玉米基因组鉴定出31个ZmNRL基因，该家族基因不仅具有明显的组织表达特异性，而且可参与玉米幼苗对生物和非生物逆境应答。

【目的】基于闽楠全基因组数据对bZIP(碱性亮氨酸拉链)基因家族进行鉴定，并研究其在闽楠根系水分胁迫下的作用，确定关键调控基因。为进一步探究闽楠根系抵御逆境胁迫的分子机制提供了参考。【方法】利用生物信息学方法进行系统进化、保守基序、基因结构、启动子顺式势作用元件以及蛋白互作分析，并通过qRT-PCR验证基因在水分胁迫下的表达模式。【结果】在闽楠基因组中共鉴定出52个bZIP转录因子，划分为10个亚家族；顺式作用元件分析表明，PbbZIP可能响应光照、生物与非生物胁迫以及生长发育等生物学过程；转录组数据分析显示，PbbZIP15在干旱/水涝胁迫下的表达量较高，PbbZIP40在干旱胁迫下的表达量较高；qRT-PCR验证结果与转录组数据基本一致。【结论】PbbZIP15和PbbZIP40是调控闽楠根系水分胁迫的2个关键基因。

利用同源克隆的方法分离了６个玉米ＥＲＦ（ＥｔｈｙｌＥｎＥ－ＲＥｓｐｏｎｓｉｖＥ ＥｌＥｍＥｎｔ ｂｉｎｄｉｎｇ ＦａｃｔｏＲ）基因，分别命名为ＺｍＥＲＦ４、ＺｍＥＲＦ２６、ＺｍＥＲＦ２８、ＺｍＥＲＦ６４、ＺｍＥＲＦ８９和ＺｍＥＲＦ２０２。基因结构分析显示，ＺｍＥＲＦ与拟南芥的ａｔＥＲＦ可能存在差异。系统发育分析显示，ＺｍＥＲＦｓ与ｏｓＥＲＦｓ的亲缘关系更加亲近，而与ａｔＥＲＦｓ的关系则稍远。Ｒｔ－ｐｃＲ表达分析表明，在乙烯利（Ｅｔ）处理之后，这６个ＺｍＥＲＦｓ的ｍＲｎａｓ水平在叶中都是先积累后下降的，但其中４个基因（ＺｍＥＲＦ４、ＺｍＥＲＦ２８、ＺｍＥＲＦ６４和ＺｍＥＲＦ８９）在玉米根中都是呈．．．

【目的】U-box基因家族广泛存在于植物基因组中，能够编码泛素蛋白酶体系中特异性识别底物的泛素E3连接酶，调控蛋白的修饰和降解，对玉米的生长发育及逆境胁迫应答调控中起着重要作用，因此鉴定玉米U-box基因家族成员及进行基因功能研究具有重要意义。【方法】通过玉米全基因组数据库，利用一系列生物信息学工具对玉米U-box基因家族成员进行鉴定和功能分析。【结果】玉米U-box基因家族共鉴定筛选出76个成员，在玉米全基因组1～10号染色体上均有分布，氨基酸数目大小为94～1353 aa，蛋白等电点数值差距较大，从4.86到8.29不等。基因结构分析结果显示各成员间含有内含子数目不等，其中玉米U-box家族76个成员中共有28个基因无内含子，仅含有1个外显子，占玉米U-box基因总数的36.8%，表明这些基因进化可能源于转座子机制。系统进化分析结果显示水稻、拟南芥、玉米U-box基因分布在亚家族Ⅰ～Ⅸ中，其中亚家族Ⅳ中不含水稻、拟南芥U-box成员，仅含有2个玉米基因ZmPUB41和ZmPUB53，暗示了玉米在历史进化过程中在发生了多次家族基因扩增的同时也经过片段快速变异过程。启动子功能预测分析发现玉米U-box基因在玉米光合作用、植物激素应答以及逆境胁迫等方面发挥相应作用。基因组织表达分析显示玉米U-box基因表达特异性明显，主要在种子的组成型器官中表达，暗示了目标基因可能参与了种子的形成或萌发过程。部分基因如ZmPUB12、ZmPUB18、ZmPUB30、ZmPUB40、ZmPUB75仅在花粉中检测出有表达量，说明其可能参与了玉米花粉粒的形成或受精过程。【结论】玉米U-box基因在玉米的光合作用、生长发育以及逆境胁迫应答等生理活动中发挥了重要作用，为后续对玉米U-box基因功能、蛋白代谢和信号转导等重要调控网络研究提供了理论基础。

【目的】蔗糖合成酶(SUS)是植物进行蔗糖代谢的关键酶之一,控制着植物体内糖分的合成和运输,在植物的生长发育和代谢活动中具有重要作用。【方法】本研究利用玉米基因组数据库平台,以生物信息学手段对玉米SUS基因家族进行成员鉴定和分析。【结果】①玉米SUS家族共有5个成员,它们分别分布在第1.4.9号染色体上。氨基酸大小为802～849 aa,除ZmSUS5为弱碱性以外,其余均表现为弱酸性。②基因二级结构分析显示,该家族蛋白主要结构为a-螺旋,大部分为不稳定蛋白,且具有弱疏水性。③亚细胞定位预测结果显示,ZmSUS蛋白均定位在叶绿体。④进化分析显示ZmSUS可分为3个亚家族(SUSⅠ～SUSⅢ),且位于同一组的成员其氨基酸序列一致性以及内含子/外显子分布模式相似度都很高。⑤基因启动子分析分析显示ZmSUS家族蛋白在玉米的生长发育以及逆境胁迫方面都起着重要的作用。⑥组织表达特异性分析发现,ZmSUS1和ZmSUS2在胚和胚乳中大量表达;ZmSUS5在所有被检测的组织中表达量很低;ZmSUS3及ZmSUS4在被检测的组织中均有较高的表达量。【结论】这些结果表明ZmSUS1和ZmSUS2可能参与了种子的发育过程,ZmSUS3、ZmSUS4可能参与玉米生长发育的多个阶段。本研究为后续对玉米SUS家族基因的功能研究以及对蔗糖代谢调控的应用提供了理论参考。

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。

未知功能域668(DUF668)家族是植物中一个功能尚不清楚的家族。为了解玉米DUF668基因家族成员及其特征，运用生物信息学方法对ZmDUF668基因家族进行鉴定分析。结果表明，玉米8条染色体上共分布19个ZmDUF668基因，分别命名为ZmDUF668-1～ZmDUF668-19;ZmDUF668蛋白以碱性蛋白为主，且大部分成员定位于细胞核、细胞质和叶绿体中。多物种系统进化树将19个ZmDUF668家族蛋白成员分为2个亚组；19个ZmDUF668中鉴定出10种蛋白保守基序，所有成员都含有Motif 1和Motif 5;通过对蛋白保守域分析发现，19个成员中有14个不仅含有DUF668结构域还含有DUF3475结构域；基因结构分析表明，同一亚群中成员基因结构相似。根据共线性分析可知，13个ZmDUF668基因与10个OsDUF668组合形成21种共线性关系。ZmDUF668顺式作用元件分析发现，家族成员启动子区域分布着光响应、植物激素及非生物胁迫相关作用元件。蛋白质互作网络(PPI)预测结果表明，ZmDUF668家族蛋白中只有ZmDUF668-10与其他蛋白存在互作关系。通过RNA-Seq数据分析发现，ZmDUF668基因家族部分成员在受到冷、热、盐胁迫和紫外处理下基因表达量明显变化，实时荧光定量PCR试验验证了ZmDUF668家族部分成员在冷胁迫和热胁迫下的响应。研究主要是将生物信息学运用于对玉米DUF668基因家族的分析，揭示了ZmDUF668基因家族成员的特征，为后续研究玉米DUF668家族基因的分子生物学功能提供了理论基础。

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。

【目的】从全基因组水平上鉴定玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)Homeobox转录因子家族及其分布,阐明该家族的序列及进化特征,分析该家族基因在病菌不同生长发育时期的表达规律。【方法】利用生物信息学手段搜索玉米大斑病菌全基因组数据库,鉴定Homeobox转录因子家族;采用MEGA 5.0软件进行系统进化树分析;利用在线工具GSDS(gene structure display server)(http://gsds1.cbi.pku.edu.cn/index.php)绘制基因结构图;

为明确小桐子bZIP转录因子家族的结构特征以及其在植物响应生物与非生物胁迫中的作用,利用生物信息学方法,从全基因组水平鉴定小桐子bZIP转录因子家族,并对其基因结构、进化关系、染色体定位、共线性关系及组织与低温表达特性进行分析。结果表明,共鉴定到51个小桐子bZIP基因,系统进化树分析将其分为10个亚族(A-I及S)。基因定位显示,51个小桐子bZIP基因不均匀地分布于11条染色体,其中2号与4号染色体鉴定到基因的串联复制。基因结构分析表明,小桐子bZIP基因包含1～13个外显子,其中,S亚族基因包含1～2个外显子,而G亚族基因包含12～13个外显子。bZIP转录因子主要定位在细胞核,氨基酸数目为113～768个,等电点4.70～10.30。启动子顺式作用元件鉴定发现3～27个响应激素如赤霉素、脱落酸、乙烯及生长素与非生物胁迫如低温、高温及创伤等调控元件。转录组表达分析显示,小桐子bZIP基因具有器官表达特异性,26个bZIP基因在叶片、根及种子中均有表达,其他基因仅在特定器官中表达。同时,鉴定到14个小桐子bZIP基因在低温条件下上调表达。在叶片中,qRT-PCR试验显示JcbZIP3与JcbZIP14表达量在低温处理24 h时上调达到显著水平,与小桐子抗冷性的形成及低温信号转导过程直接相关。研究结果为小桐子bZIP基因的克隆与调控机制研究奠定了基础。