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甜菜碱是一种无毒渗透保护剂,在非生物胁迫条件下大量积累来维持细胞的渗透压,保证植物的正常生长。磷酸乙醇胺氮甲基转移酶(phosphoethanolamine methyltransferase,PEAMT)作为甜菜碱合成的关键酶,其基因表达受上游启动子的调节。目前关于玉米(Zea mays L.)内源PEAMT基因启动子的研究较少。本研究以玉米自交系B73(cv.B73)为材料,根据NCBI数据库(national center for biotechnology information)中玉米PEAMT基因序列设计引物,利用普通聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)克隆其上游5′侧翼序列。通过构建含有玉米PEAMT启动子全长和缺失片段融合β-葡萄糖苷酸酶报告基因(GUS)的表达载体并转化烟草(Nicotiana benthamiana L.),利用组织化学染色和GUS酶活性分析确定PEAMT基因启动子全长和不同缺失片段响应干旱(15%PEG-6000,m/v)、盐(100 mmol·L-1 NaCl)、低温(4℃)和氧化胁迫(100 mmol·L-1 H2O2)等非生物胁迫的能力。主要研究结果如下:1.根据NCBI数据库玉米PEAMT基因序列设计引物,克隆了PEAMT启动子序列,序列长度为1048 bp(序列信息详见附录一)。利用在线预测软件Promoter prediciton、PLACE和PlantCare预测出该序列中存在17个非胁迫应答顺式作用元件、13个光诱导信号转导元件、9个激素应答顺式作用元件以及5个花粉发育特异性激活元件等。2.构建了PEAMT基因启动子融合GUS报告基因表达载体并转化烟草,发现克隆得到的PEAMT基因启动子能够驱动GUS基因的高效表达。经过GUS酶活性分析,PEAMT基因启动子呈正调控表达模式,在干旱、盐、低温和氧化胁迫下的活性分别为27.4、39.9、23.5和19.7 nmol 4-MU·min-1·mg-1 protein,与对照(3.44 nmol 4-MU·min-1·mg-1protein)相比分别提高了1.64倍、2.84倍、1.47倍和3.59倍。3.进一步对该启动子进行5′端缺失分析,克隆了4种不同长度的5′端缺失片段,序列长度分别为826 bp(P2)、642 bp(P3)、428 bp(P4)和245 bp(P5)。将这些启动子片段与GUS报告基因融合构建表达载体,获得含有不同缺失启动子片段的阳性转化植株。GUS组织化学染色结果表明,4种启动子缺失片段均具有表达活性。GUS酶活性结果表明,不同类型的非生物胁迫均能诱导不同缺失片段启动子活性的增加。其中,P3片段启动子在干旱和低温胁迫条件下的表达量均相对较高,分别为37.18和19.76 nmol4-MU·min-1·mg-1 protein,与对照相比分别增加了4.76倍和5.33倍;P4片段启动子在盐胁迫处理下的表达量较高,为36.46 nmol 4-MU·min-1·mg-1 protein,与对照相比增加了6.12倍;P2片段启动子在氧化胁迫下的表达量较高,为20.50 nmol 4-MU·min-1·mg-1protein,比对照增加了7.51倍。由此可见,不同缺失片段对以上4种非生物胁迫的响应程度存在差异,其中P3片段启动子对多种非生物胁迫均较为敏感。本文初步揭示了玉米PEAMT基因启动子的序列特征和表达特点,该启动子具有响应非生物胁迫的能力,且呈现正调控的表达模式,这为进一步深入研究PEAMT基因的表达调控提供了理论基础。