杂种优势的广泛利用在大幅度提高作物产量、改善品质和增强抗逆性中发挥了巨大的作用,成为玉米、水稻等主要粮食作物品种改良的一条重要途径。借助基因组学的发展和现代分子生物学技术挖掘玉米产量杂种优势相关基因,并对其功能进行解析,将有助于我们进一步提高玉米产量杂种优势利用水平和增加玉米产量。随着分子生物学技术的迅猛发展,分子育种对玉米遗传育种研究产生了重要的影响。其中转基因技术可以打破种间隔离,实现不同物种间基因的转移,拓宽作物遗传改良的基因来源。该技术在玉米育种上的应用,不仅可以定向改变玉米的目标性状,提升玉米育种的选择效率,而且还可以丰富玉米育种的基础材料。本课题组在前期的研究中,通过高通量基因差异表达谱分析发掘了大量的杂种优势相关候选基因。运用Gene Ontology方法确定一批玉米籽粒产量杂种优势相关基因,克隆了四个功能基因全长序列,并对其进行了初步功能分析。通过组织特异性表达分析发现,ZmMYBE1转录因子基因在发育早期的雌穗中具有较高的表达量。进一步的差异表达分析表明:在高优势组合C8605-2×W1445中的表达量远高于低优势组合C8605-2×W245,并且在高优势组合中表现为超亲表达。该基因在拟南芥中的过量表达可导致植株生长缓慢,株高变矮,生长期延长。基于以上研究结果,本研究的主要内容是通过农杆菌介导的遗传转化途径,以玉米自交系幼胚为受体材料,将玉米的内源转录因子基因ZmMYBE1在玉米中过量表达,分析其对玉米籽粒产量的影响,解析其在玉米杂种优势中的作用及利用效率。目前为止,该工作的主要进展如下:1、构建以CaMV35S为超强启动子的过表达载体（CaMV35S::ZmMYBE1）;2、采用农杆菌（EHA105）侵染玉米自交系幼胚的方法进行遗传转化,经过培养、筛选和苗期鉴定,共获得6株转基因阳性苗（T0代）,单株编号分别为ZC-77,ZC-87,ZC-103,ZC-106,ZC-118和ZC-119;3、分别对T1、T2代的植株在苗期进行PCR基因型检测,筛选具有导入目的基因的转基因纯合株系和阴性株系;4、对ZC-77,ZC-103和ZC-118三个转基因事件后代中的阳性纯合株系和阴性株系进行定量PCR检测,证实在前两个转基因事件后代株系中,目的基因的表达量提高了 7～10倍;5、挑选转基因阳性纯合株系和阴性株系组成近等基因系,与选定的三个玉米骨干自交系M54、PH4CV和郑58进行正反交组配,用于下一步的多点测产试验。植物在其整个生命周期中都会经受来自环境的多种非生物胁迫的影响,比如盐胁迫、干旱、低温等。其中,盐胁迫是目前全球农业生产中的一种主要的非生物胁迫,对农作物的生长和产量造成严重的影响。已有许多研究表明,当植物处于不利生长条件时,在其体内会发生一系列代谢物的累积,特别是氨基酸。目前,仅有脯氨酸已被研究证实其在植物抵抗逆境胁迫中发挥积极且有效的作用。长期以来,人们已经观察到,当植物处于渗透胁迫时,其体内支链氨基酸（BCAAs）累积量的变化程度要明显高于脯氨酸,表明BCAAs可能在植物逆境响应方面起到一定的作用,然而,这在目前仅仅是一个假设,尚未得到充分的证明。此外,被子植物的生活周期是由孢子体世代和配子体世代循环交替形成的,配子体的发育对植物完成有性生殖至关重要。缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸由于其R基团含有短的碳链分支结构,因此被归为一组,称为支链氨基酸（branched-chain amino acids,BCAAs）,它们都是必需氨基酸,可以在细菌、真菌和植物体内重新合成,但在动物或人体内则不能合成,只能通过食物获取。二羟酸脱氢酶（dihydroxyacid dehydratase,DHAD）催化BCAAs生物合成途径中的一个关键步骤。在拟南芥中,目前已知DHAD是由一个单基因（AT3G23940）所编码的,但是其在调控植物生长发育中的生物学功能尚未得到鉴定。在本研究中,我们以模式植物拟南芥为研究材料,对获得的DHAD的四个T-DNA插入突变体进行了分析,其中两个突变位点发生在DHAD基因的启动子或5’UTR区（dhad-1,dhad-2）,另两个突变位点分别发生在DHAD的第一外显子和第三内含子（dhad-3,dhad-4）。我们的研究结论如下:（1）DHAD在拟南芥的大部分营养组织和生殖组织中呈组成性且高度表达;（2）DHAD对于拟南芥是一个必需基因,其功能的完全丧失会导致大部分的雌配子体和雄配子体均发生败育;（3）在部分功能缺失突变体（dhad-1,dhad-2）中,DHAD表达量的下降会造成拟南芥根组织中所有三种BCAAs积累量的下降,导致根生长变短,并且该突变表型能够在外源施加异亮氨酸的情况下得到恢复;（4）突变体dhad-1和dhad-2对于盐胁迫表现出高度的敏感性,而对重金属离子胁迫并没有敏感反应,并且实验证明对盐胁迫的敏感反应是特异的,说明BCAAs在植物耐盐机制中起到重要作用。这样,我们首次证明了 BCAAs的体内平衡对于植物的耐盐反应具有重要作用。这也是除了已被充分证明的脯氨酸以外,第二种具有此功能的氨基酸。综上作述,本研究提供证据证明了 BCAAs的生物合成对雌雄配子体的发育和根的生长起到重要作用,并且BCAAs的体内平衡参与拟南芥对盐胁迫的适应反应。