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株高是重要的农艺性状之一,影响到植株抗倒性、光合效能与收获指数。矮秆性状的研究不仅有助于丰富株高调控的理论基础,也能为株型改良等育种工作提供科学依据与实践素材。本研究对玉米显性矮秆材料Dwarf11(D11)的细胞学、生理学特征进行了解析,重点研究了矮秆基因D11的表达调控。研究所得结果有助于矮秆基因D11调控网络的解析,也能为后续D11基因的克隆与作用机理的研究奠定基础。主要结果如下:1、玉米矮秆材料D11是自发突变,表现为节间缩短、株高降低。徒手切片、扫描电镜观察的结果表明:株高正常植株茎秆横切面维管束多且分布规则,维管束附近的细胞分布规则、大小均匀。矮秆材料D11茎秆横切面维管束少且分布散乱,细胞分布无序、大小不一。株高正常植株纵切面细胞排列整齐、规则。矮秆材料D11细胞相互挤压、排列散乱。株高正常植株与矮秆材料D11在细胞面积上无显著差异。在细胞长度上,株高正常植株与矮秆材料D11间存在极显著差异。矮秆材料D11的矮秆性状主要是由于细胞纵向伸长受到抑制所导致。2、用不同浓度赤霉素溶液处理株高正常植株和矮秆材料D11,矮秆材料D11的苗高、第二叶鞘长显著增加,表明矮秆材料D11对赤霉素的施用敏感。已经报道的玉米显性矮秆材料D8和D9对赤霉素施用不敏感。矮秆材料D11的内源赤霉素含量显著低于株高正常植株,D11是属于赤霉素缺陷型矮秆材料。3、对矮秆材料D11中赤霉素通路基因的表达进行分析。结果表明,与株高正常植株相比,矮秆材料D11中编码CPS酶、KS酶、KAO酶基因的表达量显著降低,编码KO酶基因ZmKO2的表达量显著降低,编码GA20ox酶的4个基因的表达量显著降低,编码GA3ox酶的2个基因的表达量降低(未达显著水平)。编码GA2ox酶7个基因的表达量在矮秆材料D11中变化趋势不尽相同。其中,4个基因表达量升高(未达显著水平),3个基因表达量显著降低。玉米矮秆材料D11中赤霉素信号通路负向调节基因d8和d9的表达未发生显著变化。玉米矮秆材料D11中,赤霉素通路基因的表达存在着复杂的调控机制。4、郑58核背景高世代回交群体(BC5)中的株高正常植株和株高矮化植株D11的幼茎进行转录组分析。结果表明,相对于株高正常植株,矮秆材料D11中共发掘到306个差异表达的基因,其中171个上调、135个下调。选择51个差异表达的基因,进行qRT-PCR分析。转录组测序和qRT-PCR揭示的基因表达量之间的决定系数R2为0.60。差异表达的基因参与众多生物学过程,包括细胞伸长、茎秆发育、激素代谢运输、光合作用、糖代谢运输等。GO和Pathway富集分析的结果表明,差异表达基因显著富集的通路之一是与糖代谢相关。5、Mo17核背景高世代回交群体(BC5)中的株高正常植株和株高矮化植株D11的幼茎进行转录组分析。结果表明,相对于株高正常植株,矮秆材料D11中共发掘到2537个差异表达的基因,其中1120个上调、1417个下调。选择60个差异表达的基因,进行qRT-PCR分析。转录组测序和qRT-PCR揭示的基因表达量之间的决定系数R2为0.72。差异表达基因参与多个生物学过程,包括细胞扩增、微管发育、细胞壁结构、叶绿素合成和功能、激素代谢运输等。GO和Pathway富集分析的结果表明,差异表达基因最显著富集的通路是糖酵解。6、发掘两套不同核背景(郑58和Mo17)共同鉴定的差异表达基因,对共同鉴定的差异表达基因进行共表达分析。结果表明,参与葡萄糖合成和代谢的磷酸葡萄球菌酶基因pgm2与海藻糖代谢所需海藻糖磷酸合酶蛋白基因功能性关联。编码糖酵解过程重要酶基因GAPC1与多个基因互作,形成了复杂的基因共表达调控网络。