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磷是植物必需的14种矿质营养元素之一,在植物的整个生命周期中都离不开磷的参与,核酸,磷脂等生物大分子都需要磷来参与构成,信号转导,能量代谢等生理生化反应也需要磷的参与。植物吸收的磷营养的来源是土壤,土壤中的磷总量很丰富,但是,现实情况是土壤中可被植物吸收利用的磷素极其微量,我国乃至全球大部分农业用地都处于可利用磷低下的状况。磷肥在农业上的使用解决了耕地土壤中可利用磷的缺乏的问题,但是又产生了新的危机。磷矿是磷肥的主要来源,但是全球总的磷矿资源是有限的和不可再生的,这就造成了磷矿资源在不久的将来会消耗殆尽,同时在耕地上使用过多的磷肥还会造成环境污染。近年来,更多的研究者关注从生物学途径上来解决植物耐低磷问题,其中,又以分离、研究和利用低磷胁迫应答信号通路中的关键基因为重点。这些关键基因的研究不仅完善了低磷胁迫信号通路,同时在耐低磷种质资源的筛选和玉米耐低磷育种中的应用具有重要意义。PHR基因是在低磷胁迫应答过程中起到关键调控作用的转录因子基因,本研究利用同源克隆方法从玉米耐低磷自交系178中分离得到了两个ZmPHR基因:ZmPHR1和ZmPHR2。利用生物信息学方法,完成了ZmPHR1初ZmPHR2的核酸和编码蛋白质特征分析,启动子顺式作用元件预测,ZmPHR1和ZmPHR2保守结构域预测以及ZmPHR1和ZmPHR2的进化关系分析。ZmPHR1和ZmPHR2在原核表达体系中的诱导表达,验证ZmPHR1和ZmPHR2编码蛋白质信息。在酵母表达系统中,验证ZmPHR1和ZmPHR2转录激活功能。经定量PCR分析,验证ZmPHR1和ZmPHR2在玉米苗期低磷胁迫下的表达特征。最后,我们还构建了ZmPhR1和ZmPHR2的植物过表达载体,并遗传转化拟南芥,筛选鉴定出阳性转基因拟南芥材料,用于后续更深层研究ZmPHR1和ZmPHR2的功能。综合所做的研究,主要研究成果如下:1、从耐低磷玉米自交系178中克隆得到的ZmPHR1的cDNA序列长度为1743bp,ZmPHR2的cDNA序列长度为1936bp。生物信息学分析结果表明,ZmPHR1和ZmPHR2分别定为与玉米第1号和第7号染色体上,ZmPHR1和ZmPHR2都具有Myb_CC_LHEQLE和Myb-like DNA-binding domain保守结构域,众多激素应答相关和非生物胁迫应答相关的顺式作用元件存在于ZmPHR1和ZmPHR2基因的启动子区域。2、ZmPHR1和ZmPHR2在原核表达体系中的诱导表达了大小为66.4 KDa的融合蛋白,且最佳诱导条件为1 mmol/L IPTG。3、本研究证明了ZmPHR1和ZmPHR2具有转录激活功能,且具有转录激活功能的区域为包含Myb-like DNA-binding domain保守结构域的N末端。4、定量PCR结果表明,ZmPHR1和ZmPHR2在苗期的表达不受低磷胁迫诱导,在苗期对玉米进行低磷胁迫处理后,ZmPHR1在耐低磷玉米自交系178和不耐低磷玉米自交系9782中表达情况显著不同,在178地上组织中被低磷胁迫强烈诱导表达,在9782中表达量未发生显著变化,ZmPHR2表达量未发生显著性差异。5、构建了 ZmPHR1和ZmPHR2的植物过表达载体 pCAMBIA3301-35S-ZmPHR1和pCAMBIA3301-35S-ZmPHR2,遗传转化拟南芥后共筛选得到了11株ZmPHR1转基因拟南芥阳性材料和2株ZmPHR2转基因拟南芥阳性材料。综合以上结果,我们成功克隆了玉米ZmPHR1和ZmPHR2,阐述了 ZmPHR1和ZmPHR2分子特征,和ZmPHR1和ZmPHR2是具有转录激活功能的转录因子基因,是一类与玉米应答低磷胁迫相关的基因。