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玉米(ZeamaysL.)是重要粮食经济作物,生物和非生物胁迫都会导致其产量和品质的下降。玉米在受到胁迫时会产生许多小分子次生代谢化合物,其中数量最多的是萜类,包括具有抗病活性和昆虫拒食活性的萜类植保素zealexin和kauralexin。萜类是由萜烯合酶催化前体(FPP/GPP/GGPP)环化并被进一步修饰形成。玉米中已经鉴定了多个萜烯合酶,如单萜合酶ZmTPS26、倍半萜合酶ZmTPS6/11以及二萜合酶ZmKSL5等。但玉米基因组中还存在着许多未被鉴定功能的萜烯合酶。本研究是对玉米中三个未知功能的萜烯合酶ZmTPS7、ZmKSL2和ZmKSL4进行研究。首先利用微生物代谢工程进行重组表达,通过GC-MS检测其催化产物,最终确定其生化功能。并对ZmTPS7主要产物进行体外抑菌试验,探索其抑菌活性。同时分析了这三个萜烯合酶在各种胁迫和激素处理下的基因表达模式,初步确定了其生物学功能。主要结果如下:1.本研究证明玉米萜烯合酶ZmTPS7是一个τ-cadinol合酶。我们将FPP合酶与ZmTPS7在大肠杆菌中进行重组表达,并利用GC-MS检测其催化产物。结果发现ZmTPS7能催化FPP形成倍半萜烯和倍半萜醇。对其主产物进行分离纯化和核磁共振(NMR)分析,鉴定为τ-cadinol。由此证明ZmTPS7为倍半萜合酶,也是在玉米中首次被发现的τ-cadinol合酶。2.基因表达模式分析发现ZmTPS7在地上和地下部分均有表达,且能被生物和非生物胁迫所诱导,表明它可能参与防御反应。其中ZmTPS7在地上部分的本底表达量要显著高于地下部分。禾谷镰刀菌侵染和MeJA处理后能显著诱导ZmTPS7的表达。同时在根部外源施加ABA也能显著诱导其表达。3.ZmTPS7的主产物τ-cadinol能在玉米叶片中被诱导产生。禾谷镰刀菌处理玉米叶片48h后,利用GC-MS检测分析其正己烷萃取物,发现τ-cadinol被诱导积累,而在对照中未能检测到该化合物。由此说明τ-cadinol能被禾谷镰刀菌诱导产生,与之前的基因表达模式一致。同时本研究首次在玉米叶片中发现τ-cadinol的存在。4.τ-cadinol的抗菌活性分析。50 μg/mL的τ-cadinol能显著抑制禾谷镰刀菌和小斑病菌的生长,但该浓度远远高于玉米组织中被诱导产生的T-cadinol浓度(～200 ng/g鲜重)。由此表明T-cadinol的抗真菌活性不具有生理相关性,因此还需要进一步的研究来阐明其在玉米中的生物学功能。5.ZmKSL2和ZmKSL4具有二萜合酶的功能。将CPS合酶与ZmKSL2或ZmKSL4在大肠杆菌中进行重组共表达,并通过GC-MS检测发现ZmKSL2能催化ent-CPP产生ent-isokaurene,而ZmKSL4与ent-CPP反应则产生一个未知结构二萜。此外ZmKSL2和ZmKSL4还能与syn-CPP产生syn-pimaradiene以及其他两个未知结构的二萜。6.基因表达模式分析发现ZmKSL2和ZmKSL4均能被诱导表达。ZmKSL2和ZmKSL4既能响应MeJA的单独处理也能响应MeJA+EP的联合处理,同时还能被禾谷镰刀菌侵染所诱导,表明ZmKSL2和ZmKSL4可能参与玉米防御响应,其中ZmKSL2可能通过产生ent-isokaurene进而参与植保素kauralexinB的生物合成。结论:玉米萜烯合酶ZmTPS7是一个τ-cadinol合酶,且其主要产物τ-cadinol首次在玉米中发现被诱导产生。ZmKSL2和ZmKSL4能催化CPP生成二萜,其中ZmKSL2能催化ent-CPP产生ent-isokaurene,因此可能参与植保素kauralexin B的生物合成。同时ZmKSL2和ZmKSL4还能催化syn-CPP生成syn-pimaradiene,具有多功能的生化活性。基因表达模式分析发现这三个基因均能够被病原菌侵染和激素处理所诱导,说明它们可能参与胁迫防御反应。