玉米（Zea mays L.）是模式植物之一,也是重要的C4作物,广泛用于揭示全基因组遗传变异和表观遗传调控,其基因组具有高密度的转座因子（TEs）。C4植物的生产力取决于植株的生长和发育,生长季节的净光合作用速率以及光合产物分离到谷物中的效率。C4植物具有高效的光合作用,使植物能够在更加多样化的生态系统中生存。作为能量利用机制的光合作用通常可以分为暗反应和光反应,这些过程主要受内源和外源因素的影响。最近的研究表明,除了遗传学的差异,表观遗传变异也可能参与C4植物光合效率、基因表达。本研究统计了12个近交玉米品系中叶色、气体交换、叶绿素荧光、叶绿素含量等生理参数,C4植物光合相关基因的表达量,以及包括5-甲基胞嘧啶（5mC）和N6-甲基腺嘌呤（6mA）在内的DNA甲基化修饰的含量分析,以期揭示与光合作用相关的基因及表观修饰变异。1.使用LI-6800便携式光合作用系统估算了近交玉米品系的叶色、气体交换值、叶绿素荧光和光合色素的表型评估。玉米叶色含量揭示了氮含量足够、不足或过量。基于气体交换和叶绿素荧光的进一步测定显示,从光合作用测量获得的大多数参数在近交系中是统计学上是存在差异的。气体交换性状的变异性评估包括净光合作用或同化速率（A）,气孔导度（gs）,细胞间CO₂浓度（Ci）,Ci/Ca比,蒸腾速率（Tr）,水分利用效率（WUE）,固有水分利用等指标,在大多数玉米品系中,固有的水利用效率（IWUE）和瞬时羧化效率（ICE）表明在进一步的遗传和表观遗传中具有巨大的选择潜力。光合作用的重要性状如A和gs分别为8.836²2.4μmol CO₂ m² s^-1,0.064⁰.188 mol H₂O m² s^-1。A的增加和内部CO₂的减少表明CO₂浓缩机制和气孔复合物的正常功能。此外,玉米品系中叶绿素分析的测定表明,叶绿素含量（a,b,a+b,a/b）模式也有很大变化。发现总叶绿素（a+b）含量最高,均匀分布在By804和W22中,其次是C2MBL95和B73。玉米品系中较高水平的叶绿素含量表明能量使用机制可保护光合作用元件免受C4植物中过量的CO₂的影响。此外,遗传背景对叶绿素含量起着重要作用。近交系中的这些实质性变异表明在进一步的遗传和表观遗传学发现中具有巨大的潜力。2.使用RT-qPCR方法测定C4光合作用相关酶基因的相对表达谱,这些基因主要包括玉米细胞和细胞器特异性关键C4光合基因如Rubisco活化酶和亚基（RCAα,RCAβ,RbcS,RbcS1,RbcS2）和磷酸烯醇丙酮酸羧化酶基因家族（PEPC,PCK1,PCK2,NADP-ME,PPDK,PPDK-RP,CA和NADP-MDH）。结果表明,大多数光合作用相关基因在叶片样本中具有不同水平的转录本丰度,包括经典的C4光合作用调节基因（PEPC,PCK1,PCK2,NADP-ME）,而Rubisco活化酶和亚基在大多数品系中具有相似的表达水平,这可能与Rubisco的积累和遗传背景密切相关。比对Rubisco的RCAα与RCAβ的序列,发现两个亚基之间不同之处在于羧基末端的30个氨基酸延伸,其具有两个已知的驱动氧化和还原反应的Cys残基。此外,参与羧化和脱羧C4途径的一些基因家族在大多数近交系中也具有相当的表达模式。经典的C4基因的类似表达模式表明长期适应和随后的选择已经建立了C4光合作用。结果表明,相对转录本丰度的模式与玉米品系的光合作用测定和叶绿素含量有关,与基因表达呈正相关。此外,不同玉米品系中更高水平的叶绿素含量可能是保护光合作用能量使用过程免受C4植物中过量的CO₂的影响。3.进一步研究确定了玉米样品中表观遗传修饰（5mC和6mA）的总体分布模式。点杂交和LC-MS/MS分析揭示了玉米自交系中全基因组5mC和6mA的动态分布模式。结果表明,胞嘧啶甲基化和腺嘌呤甲基化在整个基因组的比例分别为36.23%-54.11%（5mC/C）和0.14%-0.36%（6mA/A）,大多数测试品系具有相对较高且恒定的甲基化水平。两种实验结果均显示MN株系具有最高的DNA修饰水平。PEPC和PPDK的基因座特异性积累显示CG,CHG和CHH甲基化在玉米自交系中显著分布。本研究发现CG水平高于CHG和CHH甲基化。以上结果表明,DNA甲基化的基因座特异性积累在基因表达中起重要作用。综上所述,每个玉米品系光合基因表达和甲基化模式存在差异的。尽管玉米叶片中C4光合基因表达存在变化,但是DNA甲基化变异更为保守,这就表明表观遗传修饰对玉米改良的贡献是非常有限。此外,DNA修饰中的一点或相对差异可能与影响玉米基因组稳定性的TE相关。然而,与光合相关基因的DNA甲基化修饰仍有待探究。