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MicroRNAs (miRNAs)是一类在转录和转录后水平调控基因表达的小RNA分子。大量研究表明,miRNA在调控植物生长发育和响应逆境胁迫中起着重要的作用；miRNA行使其调控功能需与Argonaute (AGO)蛋白形成沉默复合体(RISC:RNA induced Scilencing Complex),指导AGO蛋白作用于靶基因,因此AGO蛋白是miRNA行使功能的重要因子。研究证明,不同的AGO蛋白结合不同种类的小RNA,在特定的逆境条件和组织发育时期发挥作用。本研究针对miRNA在玉米逆境和生长发育中所扮演的重要角色,利用高通量测序和分子生物学技术全基因组解析玉米冠根和雄穗中的miRNA表达,鉴定玉米冠根中淹水胁迫响应的miRNA及其靶基因,克隆玉米基因组中编码AGO蛋白的基因,揭示AGO基因的时空表达模式,探讨与雄穗发育相关的ZmAGO18a的表达及其调控分子机理。本研究取得了以下研究结果：1.对玉米自交系HZ32和M017的冠根组织中小RNA进行了Solexa测序,得到了高质量的序列结果。在8个测序文库中,鉴定到61个成熟小RNAs,其中36个已知的玉米miRNA,25个新的miRNA。miR528在冠根中的表达丰度最高。miR156、miR166、miR167和miR168家族成员在冠根中表达量高,而miR159、 miR164、miR167、miR169、miR319和miR396家族在冠根中表达量低。2.在HZ32和MO17的冠根中,鉴定到26个淹水响应的miRNAs,包括19个已知的miRNAs和7个新的miRNAs,大部分miRNAs在两个自交系中对淹水响应的趋势是一致的。3.对HZ32和M017冠根组织的降解组文库测序,检测到27个miRNA的98个靶基因,其中大部分为已知miRNA的靶基因,同时,也检测到了一些miRNA新的靶基因,如miR166的靶基因酪氨酸蛋白激酶,miR390的靶基因无机焦磷酸酶和miR529的靶基因脱水蛋白13。利用QPCR对miR167e、miR164e/f、miR172a、 miR393a/b和miR528a及其靶基因进行表达分析,证实靶基因的表达与miRNA的表达呈负相关。同时采用5’-RLM-RACE的方法对靶基因切割位点进行验证,揭示了zma-miRn03/06直接切割的转录本分别编码锌指蛋白,ran GTPase和K-box转录因子,zma-miR393b切割TIR1-like基因,zma-miR394a切割F-box基因。综合miRNAs的表达和降解组数据,我们发现miR167、miR393和miR172家族成员在调控玉米冠根发育及其响应淹水胁迫中具有重要作用,建立了miR167、miR393和miR172家族成员介导的基因表达调控模型。4.基于B73参考基因组序列,生物信息学方法鉴定了17个ZmAGO蛋白编码基因；RACE分析得到了11个基因的全长cDNA;系统进化分析将玉米17个ZmAGO蛋白分为五大类。5.对ZmAGO蛋白的PIWI结构域氨基酸序列进行多序列比对分析,总结了PIWI结构域内的DDH/H motif类型,发现ZmAGO1s, ZmAGO2s和ZmAGO1Os较为保守。6.采用半定量RT-PCR和QPCR技术对17个ZmAGO基因在15个组织器官的表达模式进行了分析,发现ZmAGO基因在生殖器官中的表达量要远远高于在营养器官中的表达量,并发现ZmAGO18a和ZmAGOSa在减数分裂时期的玉米雄花穗中表达量高。7.分析了ZmAGO18a基因在不同组织,不同发育时期的花药及其上下位小花中的表达,发现ZmAGO18a基因在减数分裂时期的花药中表达量高。mRNA原位杂交和蛋白荧光免疫组化分析证实ZmAGO18a在减数分裂时期花药的绒毡层和花粉母细胞中大量表达。8.利用高通量测序的方法,分离了玉米减数分裂时期雄穗中的小RNA,鉴定到172个已知miRNA基因对应27个miRNA家族,20个新的成熟miRNA对应30个新MIR基因；并通过RIP-seq技术,将该时期ZmAGO18a蛋白特异结合的小RNA进行了分离,得出其可以结合24nt长度的siRNAs,并特异性的结合miR172a/b/c/d和miR319a/b/c/d,分析了ZmAGO18a蛋白及其结合的小RNA可能的作用机理。