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玉米基因功能研究是玉米品种改良的重要基础,系统地分析单个基因的功能或基因之间的功能互作,是未来几年研究的重点。植物遗传转化技术不仅被用于研究基因的功能,还被用于提升作物品质和抗性。玉米的遗传转化需要建立快速高效的玉米遗传转化体系,而目前玉米转化体系主要建立在18-599R、C01、B104、A188和HiII等少数能高效诱导胚性愈伤组织的优良转基因受体材料的基础上,我国的大多数骨干自交系由于胚性愈伤组织诱导率能力差仍不能直接作为转化的受体,这在很大程度上限制了我国转基因育种和功能基因研究的快速发展。因此研究玉米幼胚诱导胚性愈伤组织的功能基因、揭示其作用的分子机制具有重要意义。课题组前期利用全基因组关联分析和QTL定位共同检测到一个可能参与植物激素信号传导来调控玉米愈伤组织的形成的基因GRMZM2G038183,本研究进一步通过候选基因关联分析、拟南芥T-DNA插入突变体和玉米EMS突变体,拟南芥过表达等方式初步验证候选基因GRMZM2G038183在拟南芥和玉米幼胚胚性愈伤组织诱导过程中行使的生物学功能,旨在解析GRMZM2G038183基因和玉米幼胚胚性愈伤组织诱导能力的关系。主要研究结果如下:1.在198份玉米自交系中成功克隆了GRMZM2G038183的编码序列,序列长度在2873-3300 bp之间。该基因在198份玉米自交系中共检测到318个多态性位点,包括256个SNP和62个InDel。GRMZM2G038183与玉米幼胚愈伤组织诱导率进行关联分析,结果表明在P<0.01水平下,多态性位点S10和S2688与愈伤组织诱导率显著关联。S10为1 bp的InDel,GRMZM2G038183在5份含B73的低诱导率材料中编码的蛋白为含有UBA-like domain(DUF1421)的521个氨基酸的序列,而在5份含18-599R(18R)的高诱导率材料中由于存在S10,导致在第一个外显子上出现1个新的终止密码子,使编码蛋白序列变为38个氨基酸,缺失了DUF1421,从而导致蛋白功能失活,由此推测GRMZM2G038183负向调控玉米胚性愈伤组织的形成。2.GRMZM2G038183在拟南芥中的同源基因AT4G28300的T-DNA插入突变体(T83)的愈伤组织形成能力与野生型无显著差异,这说明缺失At4G28300基因后,拟南芥愈伤组织的诱导并不受影响,证明At4G28300不参与愈伤组织的形成。拟南芥Ler中过表达来源于18R中的GRMZM2G038183,T1代植株的愈伤组织诱导能力与野生型没有明显差异,这说明来源于玉米的GRMZM2G038183(18R)不参与拟南芥愈伤组织诱导过程。3.从国内玉米突变体库获得GRMZM2G038183的EMS突变体,命名为ems183(背景为B73,突变类型为stop gain)。幼胚的愈伤组织诱导结果显示,在玉米愈伤组织诱导培养基上,B73和ems183都不能形成胚性愈伤组织,表明GRMZM2G038183(B73)可能不参与胚性愈伤组织的诱导或该基因可能还存在其它家族成员,并与GRMZM2G038183存在功能冗余。亚细胞定位显示GRMZM2G038183位于细胞膜和叶绿体膜。4.为了进一步验证GRMZM2G038183的功能,构建了GRMZM2G038183的玉米过表达载体ZM183-CUB和CRISPR/Cas9敲除载体ZM183-CPB,用于遗传转化玉米。目前已获得转过表达载体ZM183-CUB的9个T0代植株的种子。同时,构建了GRMZM2G038183(B73)-AN101的过表达载体,用于后期转化Ler拟南芥。