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本研究通过对前期筛选的含有氮利用高效QTL的玉米单片段代换系SSSL10.04和其轮回亲本许178在低氮(LN)和高氮(HN)条件下进行培养,并对其叶片和根系进行转录组测序。分别比较两个材料叶片和根系中对低氮胁迫反应的差异基因,并探讨这些差异与材料间不同氮利用效率的关系,揭示玉米氮高效利用的分子机理。主要研究结果如下:1、在低氮条件下SSSL10.04比许178有更高的生物量和氮积累量,且地上部有更高的氮利用效率。SSSL10.04根系的根长、根表面积和根体积均大于许178。2、测序得到纯化后的序列数量为21261777~35651871,有69.98%~76.19%的序列可以定位到玉米B73的基因组上。以HN处理为对照,将LN处理玉米材料基因表达量上调或下调倍数大于等于2,且p<0.05作为差异基因的筛选条件。SSSL10.04叶片和根系分别得到3933和2122个差异基因,许178叶片和根系中分别得到3516和2278个差异基因。3、对SSSL10.04和许178中总体差异基因进行GO和KEGG分析结果表明,低氮胁迫对SSSL10.04和许178叶片的影响主要表现在光合作用和碳水化合物代谢方面,对SSSL10.04和许178根系的影响主要表现在物质运输、碳水化合物代谢和抗氧化过程等方面。这些结果表明尽管基因型不同,单片段代换系和其轮回亲本中具有共同抵抗低氮胁迫的机制,并且低氮胁迫下玉米正常生长和代谢活动都受到影响。4、对SSSL10.04和许178中特异上调表达的差异基因进行GO和KEGG分析结果表明,相对于许178而言,在低氮胁迫下SSSL10.04叶片中有更多的参与抗氧化、植物激素合成和物质转运等过程的基因表达量上调,且根系中有更多的参与呼吸作用、抗氧化过程和氨基酸代谢的基因表达量上调。5、SSSL10.04代换片段区间内特异上调表达的基因主要参与碳水化合物代谢和氨基酸代谢等,代换片段中未知功能的特异上调基因值得我们进一步研究。总体而言我们推测SSSL10.04对低氮胁迫有更强的适应性调节机制。主要表现在更强的抗氧化能力使其组织免受长期低氮胁迫下过量活性氧积累对细胞造成的损伤;根系中更强的呼吸作用为其物质的运输及合成提供了更多的能量;氨基酸代谢过程的增强促进其体内氮的重新分配,从而保证了其在低氮条件更高的氮利用效率。