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茉莉酸是植物体中具有广泛生理功能的植物激素,由于其在植物生长生殖发育和抗逆性中的重要作用,一直是植物激素研究的热点。冠菌素不敏感蛋白1(coronatine insensitive 1,COI1)是茉莉酸的信号受体。玉米是我国第一大作物,玉米的育种和生产直接影响着国民经济发展。茉莉酸在玉米抗病虫害调控中有着重要的作用。玉米也是研究性别决定的模式植物,在茉莉酸调控的花发育和性别决定研究中有着重要地位。目前关于玉米茉莉酸的信号受体基因ZmmCOIs研究报道较少,玉米ZmCOIs与茉莉酸对玉米性别决定调控关系依然未知。所以研究玉米ZmCOIs对于研究玉米生长、生殖发育及育种具有重要意义。本研究采用生物信息学方法对ZmCOIs基因及蛋白进行分析,并采用qPCR对ZmCOIs表达模式进行研究。将ZmCOIs分别转入拟南芥茉莉酸信号缺失突变体coi1-1中,研究ZmCOIs基因对coi1-1植株茉莉酸敏感性、育性、叶绿素含量、抗病性、抗虫性、受伤信号调控的恢复作用。根据4个ZmCOIs基因保守区域设计RNAi干扰片段,并构建植物表达载体将RNAi片段转入玉米中,降低玉米中ZmCOIs的表达以研究ZmCOIs与茉莉酸调控的玉米性别决定关系。最后采用化学遗传学方法使用乌苯美司(Bestatin)处理拟南芥茉莉酸合成突变体aos、茉莉酸信号缺失突变体coi1-1、玉米茉莉酸合成突变体opr7opr8、玉米雄穗雌性化(tasselseed)突变体ts2、Ts3,专一性激活这些突变体的COI1信号途径,分析ZmCOIs在玉米性别决定调控的关系。研究结果表明:(1)根据MAIZEGDB(2015-2017)数据库提供的信息,玉米中存在4个COI1基因,分别为ZmCOI1a(GRMZM2G125411)、ZmCOI1b(GRMZM2G151536)、ZmCOI1c(GRMZM2G353209)和ZmCOI2(GRMZM2G079112)。将玉米 ZmCOIs蛋白序列与拟南芥AtCOI1进行对比发现,它们都包含1个F-box区域和13个富异亮氨酸LRR区域,ZmCOI2上有两个与JA-Ile作用的关键氨基酸发生了变异很可能影响ZmCOI2功能。ZmCOI1a、ZmCOI1b、ZmCOI1c启动子区域上有较多的受茉莉酸和脱落酸诱导的元件。分子对接模拟发现冠菌素和JA-Ile无法与ZmCOI2的正常对接。(2)对来源于36个物种的COI1氨基酸序列进行了同源进化分析,结果表明单、双子叶植物的COI1各自形成一个聚类,说明单、双子叶植物的COI1相差很大,它们在单、双子叶植物的祖先分化时就随之发生分化。单子叶植物中的COI1分成两支,一支是COI1s,另一支是COI2,而双子叶植物中没有发现同源的COI2,这进一步说明COI2基因起源于COI1基因但已经发生较大变化,可能具有独特的功能。(3)在玉米不同部位中同种ZmCOIs的表达量基本相似,但是ZmCOI1a、ZmCODb的表达量远高于ZmCOI1c、ZmCOI2。在玉米中ZmCOIs受茉莉酸和脱落酸的诱导表达,这与在ZmCOIs启动子区域发现较多的受茉莉酸和脱落酸的诱导元件结果一致。(4)将ZmCOI1a、ZmCOI1b、ZmCOI1c、ZmCOI2分别转入拟南芥coi1-1突变体中,性状分析表明ZmCOI1a、ZmCOI1b、ZmCOI1c能恢复coi1-1的花药发育、对灰霉菌(Botrytis cinerea)和腐霉菌(Pythium aristosporum)的抗性、对甜菜夜蛾幼虫的抗性,也能提高coi-1叶片中叶绿素的含量及受伤反应的JA依赖基因的表达。但ZmCOI2无法恢复coi1-1的突变性状说明ZmCOI2不具备拟南芥COI1基因的功能。(5)本研究将用于干扰ZmCOIs的RNAi干扰片段转入玉米中,通过qPCR检测发现在ZmCOIs-RNAi株系中ZmCOIs表达都有不同程度的下降。ZmCOIs-RNAi株系中部分植株中一些花药出现畸形,并且对病虫抗性下降,但并没有发现这些株系出现雄穗雌性化性状。(6)本研究采用化学遗传学方法对拟南芥茉莉酸合成缺失突变体aos和茉莉酸信号功能缺突变体失coi1-1,玉米雄穗雌性化突变体opr7opr8、ts2、Ts3进行研究。采用专一性激活植物COI1信号并与茉莉酸化学结构和合成无关的氨肽酶抑制剂乌苯美司Bestatin处理这些突变体,激活突变体中COI1信号途径以研究其育性及性别决定变化。经过Bestatin处理的aos突变体恢复了育性,而coi1-1突变体并未恢复育性。Bestatin处理的opr7opr8、ts2、Ts3都出现了节间极度缩短等与茉莉酸处理相同的表型,说明Bestatin成功激活了以上玉米突变体的ZmCOIs信号途径。但opr7opr8、ts2、Ts3的雄穗雌性化性状都未能恢复。相关报道发现外施茉莉酸却可以使opr7opr8、ts2雄花雌化性状恢复,而采用Bestatin激活opr7opr8、ts2的ZmCOIs信号途径并未使其雄花雌化性状恢复,说明茉莉酸使玉米opr7opr8、ts2雌化雄穗恢复正常的作用可能有相同机制。Ts3突变体雄穗雌化的机制与茉莉酸及ZmCOIs调控无关。