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铁对植物正常生长和良好发育所起的作用具有微量而高效的特点。在作物育种工作中,增加作物及其籽粒铁含量对改善作物品质、提高作物产量具有重要意义。前人已对拟南芥、番茄、大豆、水稻、花生、蒺藜苜蓿等高等植物FRO(Ferric Reduction Oxidase)家族基因进行了研究。本研究以AtFRO2氨基酸序列为探针运行Blast搜寻并克隆ZmFRO2基因,对Zm/FRO2进行生物信息学分析、表达模式和亚细胞定位分析,通过构建ZmFRO2过表达载体,利用农杆菌介导的方法获得转基因玉米,为解析ZmFRO2的生理功能,对转基因玉米进行相关生理指标检测及表型分析,主要研究结果如下:1.为了解ZmFRO2基因及其蛋白的特征,对ZmFRO2基因及其蛋白进行了生物信息学分析。ZmFRO2基因位于2号染色体,全长4590bp,cDNA全长2585bp;ZmFRO2蛋白由759个氨基酸组成,经氨基酸序列比对和跨膜结构域预测发现,ZmFRO2蛋白具有10个跨膜区域,Ⅴ和Ⅶ跨膜区上有两对组氨酸残基构成的亚铁血红素结合区,Ⅷ跨膜区内存在氧化还原标志序列,这些特征在各FRO之间高度保守。表明ZmFRO2具有发挥铁还原酶功能的结构基础。2.为了解ZmFRO2的表达及定位对其功能的影响,分析了 ZmFRO2在玉米中的表达模式及亚细胞定位。Real-time RT-PCR相对表达量分析结果显示,田间自然条件下,ZmFRO2主要在叶片表达,推测ZmFRRO2主要在玉米叶片中起到还原铁的作用;幼苗叶片和根部分别只在缺铁处理24h、6h吋出现ZmFRO2表达量的升高,之后则降低,表明根部对缺铁较为敏感,推测ZmFRO2的表达受缺铁先诱导后抑制。玉米叶肉原生质体亚细胞定位结果显示,ZmFRO2定位在质膜和胞质,推测ZmFRO2在质膜上和胞质中发挥还原铁的功能,既能还原胞外Fe3+,又能还原胞内Fe3+。3.为研究ZmFRO2过表达对玉米吸收转运铁的影响,构建了过表达ZmFRO2载体并利用农杆菌介导法获得了转基因玉米,根据试验目的的不同采用不同的种植方式,对转基因玉米的相关生理指标进行了测定。首先利用紫外分光光度计测定缺铁条件下转基因玉米根部的铁还原酶活力,结果显示,在缺铁处理9 d后,铁还原酶活力显著提高,推测ZmFRO2具有铁还原酶活性;其次利用AAS(Atomic Absorption Spectrometer)技术测定碱性土壤中转基因到玉米各部位的锌铁含量,结果显示,幼根的铁含量比野生型增加8.44～9.40倍,幼叶、成熟叶和籽粒分别增加23.43%、42.53%和17.11%,推测ZmFRO2具有还原铁的功能,能够在根部和叶片中还原三价铁离子,最终增加籽粒铁含量。4.为研究ZmFRO2过表达对玉米农艺性状的影响,对转基因玉米生长过程中及成熟后的表型进行了分析。结果显示,转基因玉米新叶的SPAD值升高、株高降低,穗重和穗粒重比野生型分别增加17.13%～44.35%和18.07%～35.82%,百粒重显著升高,推测过表达ZmFRO2能够通过影响叶绿素含量和株高等性状提高玉米产量。综上所述,ZmFRO2定位在质膜和胞质,参与胞内外铁还原;ZmFRO2主要在玉米叶片中还原铁,其表达受缺铁条件先诱导后抑制;ZmFRO2具有铁还原酶基础结构,具有铁还原酶活性,能够发挥还原铁的功能,过表达ZmFRO2能够增加玉米植株及籽粒锌铁含量,显著提高玉米产量。