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玉米是主要的粮食和饲料作物，经济地位十分重要，玉米杂种优势的利用是农作物杂种优势利用最成功的例证之一。玉米重要产量性状和农艺性状的遗传特点及杂种优势产生机理，一直是科学家们广泛关注的热点问题。本研究以“豫玉22号”(综3×87-1)的F2：3家系为材料，在构建分子标记遗传连锁图的基础上，通过一年两点的田间试验，研究玉米重要性状的遗传特点及杂种优势机理。铝害是酸性土壤中影响玉米生产的最主要限制因子，玉米耐铝性的遗传改良是提高酸性土壤生产力的主要出路，但是玉米耐铝及铝离子胁迫反应的机理还不十分清楚。本研究的另一个内容就是以铝敏感玉米自交系Mo17、耐铝玉米自交系TL94B为材料，通过SSH的方法，构建SSH-cDNA文库，研究铝离子胁迫条件下的基因差异表达。本研究取得了以下主要结果：
1.对8个玉米重要产量性状的遗传特点及杂种优势的分析表明，在F1和F2：3家系中，杂种优势强弱的顺序依次为穗粒重、行粒数、穗长、行数、穗粗，而出籽率和百粒重的杂种优势相对较低。杂种优势强弱与性状的变异系数相关显著。
2.性状相关分析表明，与单株产量相关程度最高的依次是行粒数、穗粗、百粒重、出籽率、穗长5个性状；穗长与穗粗呈极显著负相关；穗长与行粒数、秃尖长极显著正相关；行数、行粒数、百粒重3个单株产量构成因子之间相互制约，表现为极显著负相关。主成分分析表明，对单株产量表现影响最大的依次是行粒数因子、穗粗因子、行数因子、穗长因子、秃尖长因子、百粒重因子。豫玉22作为大穗型的第五代玉米品种，其行粒数和穗粗对单株产量的贡献增强，而穗长的影响略有下降，但贡献率依然较大。
3.对5个玉米重要农艺性状的研究表明，穗位高和雄穗分支数具有很高的遗传力，茎粗、抽雄期和吐丝期的遗传力相对较低。相关分析表明，穗位高、雄穗分支数、茎粗与单株产量存在显著的正相关。抽雄期与吐丝期高度正相关，雄穗分支数和茎粗显著正相关。
4.借助于分子标记连锁图，结合田间试验的数据，对5个重要农艺性状进行了QTL定位。共定位了7个穗位高QTL，9个雄穗分支数QTL，8个茎粗QTL，9个QTL抽雄期，7个吐丝期QTL。QTL位点具有染色体分布不均匀的特点，染色体上存在QTL分布的集中区域和稀少区域，暗示数量性状间的表型相关源于控制数量性状的QTL位点的相关。
5.利用玉米耐铝自交系TL94B和铝敏感自交系Mo17，通过SSH，分别构建了它们的正向和反向消减文库。文库的插入片段的长度介于250bp～1.0kb之间，平均长度在550bp左右。通过差别杂交进行阳性克隆的筛选，从Mo17-F文库中筛选到阳性克隆124个，Mo17-R文库中筛选到47个，TL94B-F文库中筛选到103个，TL94B-R文库中筛选64个。
6.通过测序分析最终获得差异表达的232种EST序列，其中有70.2％的EST序列可推测其功能，包括6.0％的基础代谢相关基因，8.2％的能量代谢相关基因，5.2％的蛋白质合成相关基因，7.3％的蛋白质加工相关基因，12.5％的转录及其调控相关基因，7.8％的信号传导相关基因，7.9％的物质运输相关基因，9.9％的疾病及防御反应相关基因；剩下的29.8％为功能未知的EST序列，包含21条新发现的EST序列。
7.采用反向Northern的方法，筛选耐铝相关的基因，结果获得了16种耐铝相关的候选基因。对依赖于NAD的异柠檬酸脱氢酶、GDP解离抑制因子、细胞分裂蛋白类FtsH蛋白酶、丙酮酸脱氢酶E1β亚基、SNF2结构域蛋白、6-磷酸葡萄糖脱氢酶等重要基因，比较了它们在Mo17和TL94B之间的表达特点的时空差异。
8.采用RACE技术，得到了玉米依赖NAD的异柠檬酸脱氢酶基因的全长cDNA序列，序列全长1117bp，其中编码区长765bp，编码255个氨基酸；将该基因在玉米与拟南芥、油菜、烟草、番茄之间进行了序列多重比对，比较了它们之间的异同。采用电子克隆的策略，获得了玉米GDP解离抑制因子基因的候选cDNA序列，序列全长为1812bp，编码区全长1239bp，编码413个氨基酸。
9.本研究获得了11种与糖酵解和TCA循环等代谢途径相关的EST，其中包括上调表达的丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、异柠檬酸脱氢酶等关键基因，以及下调表达的乙醛酸途径调节子基因的EST。这些EST的获得，为铝离子诱导有机酸分泌的现象，从基因表达水平提供了丰富的分子证据，并从代谢途径方面进行了合理解释。本研究还获得了15种与细胞信号传导有关的EST，分析信号传递系统的内在联系表明，铝离子胁迫的信号传导涉及MAPK信号系统、钙调素信号系统和磷酸肌醇信号系统，生长素、脱落酸和乙烯这三种植物激素也参与了铝离子胁迫信号的响应和传递。
10.玉米耐铝性的分子机制十分复杂。但通过对耐铝候选基因EST表达特点的分析发现，与Mo17相比，在TL94B中耐铝重要相关基因的表达响应更快更强，更有利于保护细胞不受铝毒损伤，具有更强的耐铝能力。因此本研究认为，玉米的耐铝性差异可能与其对铝离子胁迫的反应速度和强度有关系。