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玉米起源于热带南美洲的墨西哥地区,短日的光周期条件才能诱导正常开花。虽然经过了长期的人工选择和自然进化,大多数温带玉米对光周期不敏感,但是多数热带玉米在长日照光周期条件下,仍然表现出光周期敏感现象。光周期敏感是温带玉米育种中利用热带种质资源的主要限制因素。所以,解析光周期敏感的机理对于玉米遗传育种研究就显得非常重要。在短日植物的光周期诱导成花中,暗期是成花的决定因素,暗间断是在短日植物生长发育的光周期敏感阶段,于暗期的中间短暂曝光,这种处理往往会抑制或延迟短日植物开花。因此,利用暗间断处理也是研究玉米光周期敏感的一个重要方法。本研究利用暗间断处理的方法,从表型和光周期途径信号传导的上、中、下游关键基因表达规律的变化等角度,试图解析玉米光周期敏感的分子机理。本研究首先以热带和温带玉米自交系为材料,分析了暗间断处理后玉米生长发育的特点；其次,克隆了玉米光周期途径上游光信号受体光敏色素基因phyB2,通过荧光定量PCR分析该基因在暗间断处理前后48小时的表达规律；最后,研究暗间断处理后光周期途径中控制生物钟的两个关键基因Hd6、 ZmCCA1以及信号输出关键基因GI-CO-FT的表达规律及其与玉米开花的关系。得出如下儿个研究结果：1、将热带玉米自交系CML288和温带玉米自交系黄早四与B73种植在短日条件下(9小时光/5小时暗),在光周期敏感时期进行暗间断,观测抽雄期、散粉期、吐丝期以及株高等的变化。结果表明,短日条件下连续暗间断处理后CML228抽雄期、散粉期、吐丝期推迟,株高降低；黄早四抽雄期、散粉期、吐丝期提前,株高增加；B73抽雄期、散粉期、吐丝期稍微推迟,株高略有降低。说明不同自交系对暗间断处理的反应不同,热带光周期敏感自交系对暗间断处理最敏感。对4-8叶期的不同发育时期暗间断处理进行比较发现,热带敏感自交系CML288在4叶期暗间断处理与短日照下的花期等性状没有差异,而在5叶期暗间断处理后抽雄期、散粉期、吐丝期推迟的天数最多,株高降低最大,说明5叶期是暗间断敏感的关键时期。在光周期敏感的5-8叶期之间,随着暗间断处理天数的增加,抽雄期、散粉期、吐丝期推迟的天数越多,说明暗间断处理具有一定的累加效应。用白光、红光和远红光进行暗间断,发现红光的效应最大。红光的暗间断效应可以被随后的远红光所逆转,表明光敏素是玉米主要的响应于暗间断的光接收器。2、利用同源克隆技术,成功地克隆了phyB2的CDS序列。CDS序列全长3501bp,编码一条1166个氨基酸残基的肽链,包含6个保守结构域。黄早四与CML288的phyB2基因cDNA序列对比发现,一共存在17处单碱基的变异。其中,7处单碱基的变异引起了编码氨基酸的变化,而且有3处差异位于PHYB2保守的结构域内。研究了phyB2在短日照和暗间断后48小时内的表达节律。在短日照条件下,CML288叶片和茎尖中phyB2呈现双峰的表达模式,其表达峰值出现在暗期结束时和进入暗期后第6时；暗间断处理后,phyB2也呈现双峰的表达模式,但是其表达峰值比短日照条件下提前。在短日照条件下,黄早4叶片和茎尖中phyB2呈现双峰的表达模式,其表达峰值出现在暗期结束前的第3小时和暗期开始时;暗间断处理后,phyB2的表达模式基本没有改变。3、研究了自交系CML288和黄早四中生物钟基因Hd6、ZmCCA124小时在叶片和茎尖中短日照和暗间断处理后的表达规律。结果表明,在短日照条件下,Hd6基因在CML288的叶片和茎尖中光期表达量较低,进入暗期后在叶片中开始上升,在茎尖中光期前第4小时出现表达峰值；暗间断处理后,Hd6的表达量有所降低。在短日条件下,ZmCCA1基因在CML288叶片和茎尖中表达峰值都是出现在光期后第4小时。暗间断提高了ZmCCA1基因mRNA的积累,但是并没有改变这个基因在短日条件下的表达节律。短日照条件下,Hd6基因在黄早四的叶片和茎尖中的表达量从光期后第4小时开始升高,在叶片中暗期后第3小时达到表达峰值,而在茎尖中光期前第4小时达到表达峰值。暗间断处理后,Hd6基因在黄早四的叶片和茎尖中表达量降低,进入光期后很快就恢复为止常短日条件下的表达规律。短日条件下,ZmCCA1基因在黄早四叶片和茎尖中表达规律和CML288类似。暗间断处理提高了黄早四中ZmCCA1基因在暗期的表达量,但是在进入光期以后,ZmCCA1基因的表达就近于正常。4、CML288在短日照条件下,叶片和茎尖中的ZmGI在暗期前第3小时达到峰值；暗间断处理没有改变叶片中ZmGI的表达节律,却提高了它的表达量,但茎尖中ZmGI的表达峰值提前。短日条件下,CML288叶片和茎尖中conz1基因表达峰值出现在暗期后第6小时；暗间断使叶片中的conz1基因表达节律呈现双峰模式,而茎尖中conz1基因的表达水平一直处于较低状态,进入暗期后第3小时达到峰值。在短日条件下,ZCN8基因在CML288叶片和茎尖中暗期结束时表达量最高,夜晚表达量低；暗间断强烈抑制了ZCN8基因在CML288叶片和茎尖中的表达水平,在下一个周期表达量才开始恢复。在短日条件下,ZmGI基因在黄早四叶片和茎尖中的表达峰值出现在暗期前第3小时；暗间断处理后,推迟了叶片中ZmGI表达峰值出现的时间,提高了表达峰值,没有改变茎尖中ZmGI原有的表达节律,而是峰值有所降低。短日和暗间断条件下,conz1基因在黄早四叶片和茎尖中的表达规律基本一致。在短日条件下,ZCN8基因在黄早四中暗期结束时达到峰值,暗间断降低了ZCN8的表达水平,但是没有改变ZCN8的固有表达节律。5、暗间断处理光周期敏感的玉米自交系CML288后,phyB2基因峰值提前,可能使生物钟基因Hd6表达量降低和CCA1表达量升高,延长了生物钟周期,使生物钟信号输出基因GI表达量升高,进而引起conz1基因的表达类似于长日下的双峰表达模式；同时,暗间断处理也可能引起conz1基因出现双峰表达模式,从而抑制ZCN8基因的表达,最终引起开花延迟。