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光与植物的生长发育密切相关,一方面光是植物进行光合作用的能量来源,另一方面植物通过感知周围环境光质、光强和光周期的变化,来调节自身生长发育进程。光敏色素是一类植物接受远红光和红光的色素蛋白,参与调节种子萌发、光形态建成、避荫性反应、生物钟节律、开花期、气孔运动等诸多生长发育过程。高等模式植物拟南芥的光敏色素功能研究较为透彻,但对玉米等作物的研究仍相对薄弱。拟南芥光敏色素C是主要的红光受体之一,参与幼苗去黄化与开花调节。本试验采用玉米B73自交系为研究材料,利用RT-PCR方法克隆玉米的2个PHYC基因(ZmPHYC1、ZmPHYC2),并进行了生物信息学分析。利用qRT-PCR的方法分析这2个基因在玉米不同器官的转录丰度,以及其转录丰度对多种光质处理、黑暗到各种光质转换和光周期处理(长日照和短日照)的响应。利用转基因技术,在拟南芥中过量表达ZmPHYC1和ZmPHYC2,对其功能做初步研究。为研究玉米PHYC在玉米幼苗去黄化与开花的调控机制奠定基础。主要有以下结果:1.ZmPHYC1和ZmPHYC2基因与蛋白的基本特征ZmPHYC1和ZmPHYC2的ORF全长均为3408 bp,推导其编码1135个氨基酸基序、分子量分别为126.14 kD和126.07 kD的多肽。生物信息学分析表明,ZmPHYC1蛋白可以分为6个功能区段:节奏周期蛋白—Ah核转运接受蛋白—专一蛋白区段(Per-Amt-Sim,PAS)、cGMP 磷酸二酯酶区段(GAF)、色素区段(PHY)和 PAS 相关区段(PRD,包含2个PAS区段)、组氨酸激酶A区段和组氨酸激酶ATP酶区段,但ZmPHYC2在PRD区段仅有一个PAS区段。2.常见植物PHYC蛋白氨基酸水平的系统进化树分析ZmPHYC1和ZmPHYC2与禾本科物种PHYC有很高的相似度,与甘蔗和高粱PHYC的亲缘关系较近,与拟南芥PHYC的亲缘关系相对较远。3.2个ZmPHYC的玉米器官特异性分析实时荧光定量分析表明ZmPHYC1和ZmPHYC2在玉米每个部位均有表达,但表达丰度相差很大。二者在花柄的相对表达丰度最低,在根和叶中的表达丰度均较高。4.2个ZmPHYC表达丰度对各种光照处理的响应实时荧光定量分析表明ZmPHYC1和ZmPHYC2均对持续蓝光和白光响应强烈;在黑暗到各种光质转换处理中,这2个ZmPHYC的表达模式相似。在黑暗转到远红光、红光、蓝光和白光的0.5 h,ZmPHYC1和ZmPHYC2的转录表达均急剧上升,随后迅速下降到起始自身黑暗水平时上下波动。这2个ZmPHYC也能响应光周期处理,在长日照条件下,2个ZmPHYC出现了极其相似的模式,分别在光照和黑暗阶段各出现1个峰值;在短日条件下,这2个ZmPHYC的表达模式差异较大,ZmPHYC1的峰值出现在进入黑暗后6 h,而ZmPHYC2的峰值出现在进入光照阶段2 h。5.ZmPHYC1过量表达载体的构建及转基因功能研究将Myc-ZmPHYC1过量表达载体转化拟南芥(Col-0野生型)得到转基因植株,在50 μmol·m-2·s-1的红光培养箱中生长5 d的幼苗,Myc-ZmPHYC1转基因植株比Col-0野生型的下胚轴明显缩短,表明ZmphyC1在红光下促进植物的去黄化。