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合理株型是作物高产品种的形态特征和生育基础,其中矮生性状是理想株型的一个重要方面。培育矮化玉米杂交种,可以降低株高,改善株型结构,增加种植密度,提高群体光合效能,进而达到高产的目的。在玉米上共定位到了100多个和株高相关的QTL,但很少被克隆并应用于遗传改良。本研究组前期在玉米的l号染色体上1.07bin位置定位一个控制株高QTL-qph1, qph1目标区段位于玉米Br2(Brachytic2/ZmPGP1)基因的第5外显子上,SNP5259造成由精氨酸至亮氨酸的替换可能为其功能位点。该QTL产生较为温和的矮化表型,并且在育种上表现出极大的潜力。本研究在前期研究的基础上,进一步对定位到QPH1基因进行鉴定和功能分析,阐明其影响株高的分子机制,同时将SNP5259恢复突变,转化同源的拟南芥的突变体以及相应玉米材料,进一步验证其调控株高的功能位点。为理解玉米株高发育的分子机理与培育适宜株型奠定相关理论基础。研究结果如下：1.定位的QPH1基因为玉米Br2基因的新等位基因,编码的蛋白质含有1379个氨基酸,含有两个跨膜结构域和两个ATP结合区。克隆出该基因上游1kb的启动子区域,序列分析表明该区域含有光响应元件、激素响应元件等相关顺式作用元件。2.通过PromoterQPH1::GUS以及Real-time PCR分析表明QPH1基因主要在玉米的根、茎、叶器官中表达,并且两个玉米材料在不同部位的基因表达量并没有显著差异；亚细胞定位表明QPH1编码的蛋白定位在细胞膜上。采用[3H]IAA同位素示踪法测定生长素运输量表明qph1突变体材料生长素运输量降低程度小于br2的无效突变体。3.采用定点突变PCR将SNP5259恢复突变后的基因mqph1构建过量表达载体转化拟南芥atpgp1突变体和玉米qph1突变体RIL88材料,结果表明过量表达mqph1可以部分恢复拟南芥突变体在下胚轴长度、株高以及生长素运输量方面的缺陷,其恢复程度和QPH1基因相当,但好于qph1基因。转基因玉米也表现出了茎部粗壮,株高明显增高的表型。证实了SNP5259确实为qph1影响株高的功能位点。4.本研究在鉴定拟南芥三个atpgp1突变体中发现一个不同于研究报道的突变体,该突变体表现出较短的下胚轴长度和明显的矮化表型,生长素在根尖的分布和含量以及对NPA敏感性都不同于野生型,生长素运输量也低于野生型。T-DNA插在AtPGP1基因第三个外显子上,RT-PCR分析表明该突变体为一个完全突变体,之前报道研究所用的两个突变体中AtPGP1基因可以编码一个含有623个氨基酸的截短蛋白,可能并不是无效突变体。