玉米是杂种优势利用最早的作物之一,而细胞质雄性不育已成为玉米杂交种生产的重要工具,对其败育及育性恢复机理的研究具有十分重要的应用价值和实践意义。本课题组前期对玉米C型胞质不育系C48-2及其保持系48-2在花粉母细胞时期和单核期的雄穗小花转录组进行了比较分析,共检测到453个差异表达基因。其中在小孢子发育单核期,编码ATPase inhibitor（AI）的基因GRMZM2G074017在不育系C48-2中上调表达,表达量为保持系48-2的3.5倍;编码L-aspartate oxidase（AO）的基因GRMZM2G139689在不育系C48-2中下调表达,表达量仅为保持系48-2中的5.47%。我们推测这两个基因在两系之间的差异表达可能与玉米CMS-C不育系花粉败育时的能量亏缺存在一定联系,并对这两个基因的功能展开初步研究。本研究首先通过q RT-PCR探究了ZmAI、ZmAO在玉米CMS-C不育系,同核异质保持系以及不育系导入恢复基因Rf4回交后代材料中花药不同发育阶段m RNA的变化规律,以此对前期的转录组测序结果进行验证;其次,通过对目的基因在玉米不同发育时期的不同组织部位中m RNA的定量PCR分析,揭示基因的组织表达差异性;此外,对不育系C48-2和保持系48-2中ZmAI和ZmAO基因的蛋白编码区序列进行了克隆、比较分析、亚细胞定位以及转基因功能验证,主要研究结果如下:1.采用q RT-PCR技术对ZmAI、ZmAO基因分别在玉米C型胞质不育系C48-2,C黄早四和保持系48-2,黄早四以及不育系导入恢复基因Rf4回交后代材料[（C黄早四×ZJ401）×黄早四]BC4F1育性恢复株花药发育过程中的转录水平进行分析,结果显示:ZmAI在C型胞质不育系减数分裂期显著上调表达,ZmAO在保持系和导入恢复基因育性恢复株的单核期大量表达,而在不育系中几乎不表达,推测两基因可能与花药发育有关。对两基因的组织表达分析显示二者在各个组织部位均有一定的表达,且在花药中均有不同程度的转录。2.分别利用不育系C48-2和保持系48-2花药c DNA对两个基因的编码区序列（coding sequenc,CDS）进行克隆和测序,结果显示两个基因均在48-2和C48-2之间无碱基差异。其中ZmAI的CDS区全长291bp,编码96个氨基酸,预测蛋白质大小为10.6KD,无保守结构域,多个亚细胞定位预测其很有可能在细胞核或线粒体中表达;ZmAO的CDS区全长1995bp,编码664个氨基酸,预测蛋白质大小为72.9KD,SMART预测含有两个保守结构域FAD＿binding＿2和Succ＿DH＿flav＿C,亚细胞定位预测其很有可能在线粒体、叶绿体或过氧化物酶中表达。此外,两个基因的系统进化树结果均表明玉米与高粱,谷子具有较近的亲缘关系。3.亚细胞定位结果显示ZmAI在细胞质,细胞核,细胞膜上均有一定的表达,与软件预测结果不太相符;而ZmAO特异地定位在叶绿体,与拟南芥同源基因的蛋白表达位置一致,推测玉米中的ZmAO可能在相似的代谢途径中参与了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+）的合成。4.分别构建了原核表达载体pGEX-ZmAI和pGEX-ZmAO,转化大肠杆菌表达菌株Rosetta-gami（DE3）p Lys S,利用IPTG成功诱导出目的融合蛋白大量表达。其中,对pGEX-AI融合蛋白诱导过程中OD600值的测定结果显示AI蛋白的诱导表达会抑制大肠杆菌的生长,暗示ZmAI可能作为一种负向的调控因子,参与生物体的能量代谢。5.对ZmAI基因构建表达载体p C1300-35S-ZmAI,通过农杆菌介导转入野生型拟南芥过表达,不同转基因株系出现不同程度的育性降低现象,表明玉米ZmAI基因对植物的结实有一定的影响。同时对拟南芥同源基因AO/ao突变体的表型观测,发现该基因纯合致死,且杂合突变体莲座叶明显变小,长势较弱,结实减少。目前已对玉米ZmAO基因构建表达载体p C1300-35S-ZmAO,转化杂合突变体,下一步将通过对转基因拟南芥突变体的表型变化分析ZmAO基因的生物学功能。