细胞色素P450(cytochrome P450,CYP450)是一类古老的血红素硫蛋白的超家族基因,广泛存在于动植物、细菌、真菌等物种的细胞内,参与了生物生长发育过程中多种物质的合成与代谢。研究表明CYP450氧化酶家族基因在植物的抗虫、抗除草剂等抗性方面具有重要的调控作用,但在玉米(Zea mays L.)发育调控中的作用并不清楚。本研究通过基因编辑技术造成玉米ZmCYP72A5基因的缺失进而研究其在玉米生长发育中的功能。主要结果如下:玉米ZmCYP72A5基因位于3号染色体上,基因全长1853 bp,其中编码区1581 bp,共编码526个氨基酸。结构域分析结果显示,ZmCYP72A5在N端含有一个跨膜结构域和一个高度保守的P450超家族结构域,包含的氧结合活性区、PERF区和亚铁血红素结合区三个区域为P450超家族特有的功能结构域。进化树分析发现,玉米CYP72A5与其它植物的CYP72A同源蛋白有不同程度上的亲缘关系,与单子叶植物的CYP72A同源性较高,且与高粱CYP72A15的亲缘关系最近,与双子叶植物的亲缘关系较远。ZmCYP72A5蛋白在玉米原生质体中的亚细胞定位结果显示,该蛋白定位于内质网膜上。qRT-PCR结果表明,ZmCYP72A5在各个组织和器官中有不同程度的表达,但在幼根和叶中表达水平较高,尤其是授粉后的叶片中表达量高,其他部位的表达量则很低。为了研究ZmCYP72A5基因在玉米中的生物学功能,我们构建了CRISPR/Cas9基因编辑载体,以玉米自交系Q319为受体材料,进行农杆菌介导的玉米遗传转化实验并获得该基因被编辑的转基因株系(ZmCYP72A5-CRISPR/Cas9)。结果表明,与对照相比,ZmCYP72A5-CRISPR/Cas9转基因植株株高变矮,平均株高降低约10 cm,雌穗穗位高度相应随之降低,但植株总的节间数并没有发生变化。解剖学观察结果表明,ZmCYP72A5-CRISPR/Cas9植株的第9至11节间和节间细胞长度较对照明显缩短。ZmCYP72A5-CRISPR/Cas9植株的抽穗时间与对照相比延迟2-5天。同时观察并统计从播种至作物完熟时的生育期,该基因敲除的株系的生育期明显比对照株系延长。两种材料前期叶绿素含量差异不明显,授粉20天后差异开始显著。与野生型相比,ZmCYP72A5-CRISPR/Cas9植株叶片持绿时间较长。转基因株系的光合速率比对照株系低,在同一时期,转基因株系的叶片衰老标志基因ZmSEE1的表达量比对照株系中的低。总之,敲除了ZmCYP72A5基因的转基因株系持绿时间延长,叶片衰老缓慢,生育期增加。为了检测敲除转基因株系的产量是否受影响,我们对各转基因株系授粉后不同时间的种子的百粒鲜重以及收获后的干种子百粒重进行统计比较。结果显示,前期阶段种子中干物质的积累量相对于对照株系积累速度较慢,但由于其生育期的延长,最终弥补了前期干物质的积累缓慢,所以最终的百粒重没有因此而减少,维持住了产量。综上所述,对ZmCYP72A5缺失表达的转基因植株分析表明,该基因参与了玉米发育相关的调控,转基因植株株高变矮、生长缓慢、生育期延长,但产量不变。而且转基因植株所表现出的性状对于利用转基因手段培育玉米高产品系具有较高的应用价值。