玉米是重要的粮食作物。优质、高产和耐逆是玉米生产上的主要育种目标,因此相关功能基因的研究,对玉米生产育种有显著意义。本研究分别开展了对三个功能基因的研究,包括耐逆相关基因ZmVPP5,品质相关基因Opaque7,以及产量相关基因Shrunken4。植物中VPPs蛋白是重要的质子泵之一,由多基因编码,与植物高盐抗性相关。Zm VPP5是一个截短形式的VPPs(vacuolar H+-Pyrophosphatase)蛋白,缺乏完成质子转运相关的保守结构域,因此不具有焦磷酸酶活性和质子转运活性,但具有完整的VPP1蛋白的二聚化区段,可能对VPP1具有调控作用。通过定位分析,发现该蛋白能够定位在质膜、液泡和细胞核膜上,具有潜在的信号传导能力。为了研究其生理功能,在酵母和玉米中对ZmVPP5进行了过表达,结果表明过表达ZmVPP5表现出盐逆境的超敏感性。对玉米中部分盐胁迫应答基因进行了转录水平的研究,发现过表达Zm VPP5抑制了这些基因的表达。对Zm VPP5进行了酵母双杂交筛选,得到了互作蛋白ZmBag6,通过LCI(luciferase complementation image)分析和共定位分析表明,两者可在细胞内发生蛋白互作。Zm VPP5可能作为VPPs蛋白的抑制蛋白,在盐逆境应答中起作用。该研究扩展了我们对VPPs家族蛋白生物学功能的认识。opaque7是一个经典的玉米高品质籽粒突变体,具有籽粒柔软、粉质和不透明表型,籽粒赖氨酸含量显著提高。该基因前期由实验室通过图位克隆技术克隆。序列分析预测Opaque7编码一个酰基辅酶A合成酶。通过蛋白表达、酶活测定,我们确定该酶的专一性底物为草酸,因此Opaque7是一个草酰辅酶A合成酶,通过烟草融合荧光蛋白细胞定位分析和玉米细胞器分离的方法,证明该蛋白定位在细胞质基质中。对野生型和突变体关键代谢物进行质谱分析,发现突变体影响了三羧酸循环(TCA)中草酰乙酸和а-酮戊二酸的含量,从而影响了赖氨酸和谷氨酸/谷氨酰胺等的生物合成,造成醇溶蛋白合成下降,蛋白体减少变小,最终产生opaque表型。shrunken4(sh4)是一个经典的粒重下降突变体,籽粒呈皱缩,不透明,顶部凹陷的表型,淀粉和蛋白含量显著下降。细胞学观察表明胚乳细胞形态异常,物质合成不足;淀粉粒和蛋白体数目显著降低。生化成分测定结果表明,蛋白、淀粉和油脂三大储藏物质的合成显著下降,而水解氨基酸,葡萄糖等基础代谢物也发生显著降低。对野生型和突变体进行了RNA-Seq分析,结果表明sh4突变造成了大量基因表达变化,包括细胞凋亡和自噬相关基因,物质合成代谢相关基因,以及蛋白合成相关基因。对野生型和突变体进行活细胞染色观察发现,sh4存在细胞凋亡提前的现象;透射电镜观察到了正在自噬的细胞。通过精细定位,把区间缩小到了43Kb的范围,其内的候选基因正在进行转基因分析。对上述三个玉米功能基因的研究,推进了我们对玉米抗逆、品质和产量性状相关机制的认识,为培育高产、优质和抗逆玉米提供了知识和线索。