玉米作为我国种地面积最广的作物,是重要的粮食、饲料和工业原料,对促进我国国民经济发展和粮食安全具有举足轻重的作用。然而,玉米在生长发育的各个阶段,会受到诸如重金属污染和病虫害等逆境胁迫的影响,导致玉米产量降低、品质下降,严重时甚至绝收。随着我国城镇化和工业化的不断发展,由重金属超标所导致的各种环境问题日益严重,给粮食安全造成了巨大威胁。而镉（Cd）作为全国土壤污染中主要的重金属污染物,解析其在玉米植株中的吸收、转运和籽粒富集规律,挖掘参与该过程的候选基因,通过分子技术手段改良现有玉米材料重金属Cd耐性和富集能力,进而为培育出Cd低风险玉米品种提供一定的参考。同时,玉米粗缩病是严重危胁玉米生产的重要病害之一,被称作是玉米的“癌症”。水稻黑条矮缩病毒（RBSDV）是引发我国玉米粗缩病的罪魁祸首,RBSDV是由灰飞虱在作物间以持久性方式传播的。因此,对RBSDV的及时检测,加强预防措施十分重要。CRISPR/Cas系统作为强大的基因组编辑工具,使基因组编辑技术变得简单、高效,成为现阶段人类和动植物功能基因研究领域的热门技术。本研究在对前期筛选获得的玉米Cd胁迫响应候选基因进行功能初步验证的基础上,构建CRISPR/Cas9基于敲除载体,并进行遗传转化。同时基于CRISPR/Cas13a系统切割RBSDV RNA继而切割RNA酶报告分子以进行RBSDV检测。获得主要结果如下:1.利用生物信息学分析,构建NRAMP家族蛋白进化树,得到7个玉米NRAMP家族基因,根据蛋白质预测软件CELLO等预测玉米NRAMP家族蛋白为膜蛋白,含9～12个跨膜螺旋。通过q RT-PCR实验分析揭示出玉米NRAMP家族基因在Cd胁迫条件下均上调表达,并且根部表达量远高于茎、叶,说明该家族基因均参与Cd胁迫响应,且在根部对Cd胁迫响应最为敏感。其中ZmNRAMP2和Zm NRAMP3在Cd胁迫下的表达量上调情况明显高于玉米NRAMP家族其它基因成员,推测ZmNRAMP2和Zm NRAMP3是玉米NRAMP家族响应Cd胁迫最为敏感的基因。对ZmNRAMP2和Zm NRAMP3两个基因进行烟草瞬时表达,实验结果显示ZmNRAMP2和Zm NRAMP3均定位于膜上,与预测网站结果一致。2.NCBI上查找ZmNRAMP2和Zm NRAMP3两个基因序列,根据序列特征分别筛选合适的编辑位点,并成功构建这两个基因的CRISPR/Cas9敲除载体。通过农杆菌介导载体转化至玉米愈伤组织,得到再生苗。最终存活的58株阳性苗中,对20株材料的两个基因靶位点进行测序分析,结果表明均发生突变。3.构建Cas13a蛋白表达载体,通过原核表达蛋白并纯化,得到了高纯度Cas13a蛋白。通过对RBSDV靶RNA片段的切割实验,结果显示Cas13a和cr RNA结合后能最初只能切割靶RNA,由此表明CRISPR/Cas13a切割体系具有特异切割活性。利用RT-RPA和T7转录酶转录技术放大靶RNA浓度,靶RNA被CRISPR/Cas13a系统识别并切割,引发Cas13a的附带切割效应破坏RNA酶报告分子,反应液能通过荧光检测仪检测到RNA酶报告分子产生的绿色荧光。通过此方法检测RBSDV,能检测出浓度为1×10~1copies/μL的RBSDV,表现出极高的灵敏度。