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玉米作为我国重要的粮食作物、经济作物、能源燃料,近年来的需求量逐渐提升。然而,由于人类活动频繁和全球气候变化加剧,世界范围内多个地区出现了淡水资源短缺的现象,干旱地区的面积日益扩大。因此,提高玉米应对干旱的能力对于提高干旱地区玉米产量有重要的作用。Os DRO1(DEEPER ROOTING 1)基因是在水稻内发现的一个通过控制根系生长夹角,影响根系分布,进而影响植物避旱性的基因。通过氨基酸序列比对,我们发现玉米中可能存在两个Os DRO1的同源基因,分别命名为Zm DRO1和Zm DRO2,这两个基因均位于7号染色体长臂近末端。大刍草是玉米的天然祖先,在抵御非生物胁迫中具有较好的表现。墨西哥大刍草(Zea mays ssp.Mex.icana.后面简称Mex.)与栽培玉米自交系B73的根系具有较大的差异。Omori等利用繁茂大刍草Zea mays ssp.luxurians和栽培玉米自交系B73构建遗传群体并定位到10个控制根夹角的主效QTL。其中4个主效QTL集中在7号染色体长臂近末端,包含了Zm DRO1并紧邻Zm DRO2。为进一步探明DROs对大刍草和B73根系系统表型变异的贡献及其在避旱中的作用,本研究克隆了墨西哥大刍草DRO1及DRO2的基因,并比较了它们与B73的DRO1和DRO2基因结构的区别,同时利用生理、生化和分子生物学手段对DROs基因在玉米中的功能进行了研究。具体结果如下:1.玉米B73和墨西哥大刍草的DRO1基因所编码氨基酸相似度高达98.4%,基因序列差异主要集中在第三外显子以前区域;DRO2基因氨基酸相似度为97.3%,基因序列差异主要集中在启动子区域。2.DRO1/2基因响应ABA的诱导。DRO1基因在玉米B73和墨西哥大刍草中表达趋势均为先上升后下降。另外,Mex.中DRO1基因本底表达量比B73的低,但在ABA处理后上调倍数比B73中的DRO1要高。3.亚细胞定位实验表明,Zm DRO1、Zm DRO2主要定位在细胞膜,少量分布于细胞质中,在烟草及玉米原生质中的蛋白表达结果一致。4.与干旱处理前相比,干旱处理后墨西哥大刍草根系在较深土壤层中的分布比例高于B73,且墨西哥大刍草地上部分干重降低比例显著低于B73。在B73和Mex.为亲本所构建的分离群体(BC2F8)中,根据基因型鉴定结果筛选DRO1背景来源不同的材料进行避旱能力、根夹角以及根系分布测定。结果发现,DRO1基因型与亲本Mex.相同的群体家系在干旱胁迫后生物量的减少比例显著低于B73类型的基因型材料(P<0.05);非干旱胁迫条件下,DRO1基因型与亲本Mex.相同的家系其根夹角显著(P<0.05)小于B73类型的基因型材料。5.构建了受ABA诱导的启动子驱动DRO1/2进行表达,获得在ABA诱导条件下DRO1/2可以高表达的拟南芥和玉米材料。6.由于DRO1在胚芽鞘中高表达,推测其与光信号应对可能有联系,进而在光照及黑暗条件检测了DRO1基因表达量。结果发现,光照可以在转录水平抑制DRO1基因的表达。为进一步分析在光信号转导过程中DRO1可能的功能,本研究使用双分子荧光光互补检测蓝光受体PHOT1、PHOT2以及光敏色素PHYA与DRO1是否存在蛋白互作。结果发现,Zm DRO1的蛋白分别与Zm PHOT1、Zm PHOT2的蛋白在细胞膜上两两互作。