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植物气孔（plant stomata）是植物与外界进行气体交换的重要通道,气孔的开度和气孔的密度决定了植物光合作用的能力和效率。因此,对气孔图式发育的研究一直是植物发育生物学研究领域的热点和前沿。目前,在双子叶模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的气孔图式发育的研究中,气孔蛋白（Stomagen）/气孔蛋白前体（STOMAGEN）是唯一一个正向调控气孔生成的分泌肽类信号蛋白,通过增加植株体内气孔蛋白的数量来增加叶片的气孔密度,并且能够使植株的光合速率提高30%。但是在单子叶作物中关于气孔蛋白的研究尚未见报道。玉米（Zea mays）是单子叶模式植物,又是世界三大粮食作物之一,研究玉米气孔蛋白的功能和作用机制,能够完善单子叶植物气孔图式发育的研究,为培育高光效单子叶粮食作物的遗传育种工作提供科学理论依据。本研究借助反向遗传学和基因表达定量检测的技术手段,结合相关的气孔表型,对玉米骨干亲本昌7-2中的ZmSTOMAGEN基因进行序列分析和表达特性的研究,得到如下结果：1.从玉米昌7-2中新克隆得到一个基因（ZmSTOMAGEN）,该基因的编码区序列与NCBI数据库中索引号为NM001149748.1的玉米B73基因的编码区序列完全一致。经生物信息学分析,ZmSTOMAGEN编码一条含有123个氨基酸的多肽链,该多肽链与拟南芥气孔蛋白的氨基酸序列具有相似的结构特征,即N端为信号肽结构、C端为成熟肽区段（包含6个保守的半胱氨酸残基）、具备酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和蛋白激酶C磷酸化位点、成熟肽三维结构由1个loop环、2个p-折叠和1个α-螺旋组成并依赖3个分子内二硫键的支持,整个肽链与拟南芥气孔蛋白前体的一致性为48%,成熟肽区段的氨基酸序列与拟南芥气孔蛋白的一致性则达到82.22%。2. ZmSTOMAGEN基因的上游启动子调控区域分布有大量的叶肉表达模式元件、茎尖表达调控元件、光诱导响应元件和干旱诱导响应元件,推测该基因具有组织特异表达、光诱导表达和干旱诱导表达的表达特性。3. ZmSTOMAGEN基因主要在有气孔分布并且正在生长的组织中表达,如叶鞘、未成熟叶、胚芽鞘和成熟根,且在叶鞘中的表达量最高、在成熟根中的表达量最低；而在成熟叶和未成熟根中均未检测到该基因的表达。ZmSTOMAGEN在上述六种组织中的的组织表达特性和表达规律与拟南芥气孔蛋白基因一致。4. ZmSTOMAGEN基因的表达和新生叶片气孔的发育都受到光强信号的诱导,随着光强的减弱,ZmSTOMAGEN的相对表达量和对应的气孔指数呈现出相似的变化趋势：50001x、600lx和180lx光照下ZmSTOMAGEN的相对表达量依次为1,0.667和0.131,对应的气孔指数依次为20.15±1.10%、17.22±1.39%和15.38±1.87%。5. ZmSTOMAGEN基因的表达、新生叶片的气孔发育和气孔形态受到干旱胁迫信号的诱导,随着干旱程度的加重,ZmSTOMAGEN的相对表达量与对应的气孔指数呈现出相似的变化趋势,而与对应的气孔长度和气孔宽度呈现出相反的变化趋势：土壤相对含水量分别为80%（对照组）、50%和30%的干旱胁迫下,ZmSTOMAGEN的相对表达量依次为1、1.14和1.73,对应的气孔指数依次为18.74±1.42%、20.71±1.06%和21.93±1.29%,气孔长度依次为478.14±9.17μm、444.92±11.57μm和423.30±9.31μm,气孔宽度依次为23.85±2.10μm、22.23±1.26μm和20.97±1.10μm。6.利用植物双元载体pGSA1252成功构建了ZmSTOMAGEN基因的干扰表达载体（pGSA1252-RNAi）和过量表达载体（pGSA1252-OE）,并成功转入农杆菌中。综上所述,玉米昌7-2中ZmSTOMAGEN基因的启动子调控元件、编码的蛋白质序列和组织表达特性等与拟南芥中的STOMAGEN基因具有一致性；此外,ZmSTOMAGEN基因还具有诱导表达特性,诱导下的基因表达量与相应的新生叶片下表皮气孔指数表现出相似的变化规律。由此推测,在玉米昌7-2中克隆的ZmSTOMAGEN基因可能是促进玉米气孔发育的关键基因。成功构建的RNAi干扰表达载体和过量表达载体为进一步通过转基因的手段验证该基因的功能奠定了基础。