玉米(Zea mays L.)是我国重要的粮食、饲料和能源作物,其产量的高低直接关系到我国的粮食安全及农业发展。由于我国玉米产量受到种植密度和面积的条件限制,从而籽粒大小和粒重成为影响玉米产量的主要因素。本研究在调控玉米籽粒性状关键基因的挖掘以及功能分析方面开展了一系列的工作,最终通过过量表达调控籽粒发育的关键基因ZmANT获得了大粒玉米的新材料。具体研究结果如下:玉米ZmANT基因的同源克隆。AINTEGUMENTA(ANT)基因是拟南芥(Arabidopsis)中一个调节种子以及器官大小的关键基因。经过同源序列比对,从玉米中克隆到一个拟南芥ANT的同源基因ZmANT。过量表达ZmANT能够恢复拟南芥ant突变体种子变小的表型。本研究构建了用于转化拟南芥的ZmANT过表达载体,并将该目的基因分别转入到拟南芥野生型(Col)和ant突变体的株系中。结果表明,该基因的过表达能够显著提高拟南芥野生型种子的大小及千粒重,并且还可以恢复拟南芥ANT基因突变所导致的千粒重减轻和种子变小的表型。所以,ZmANT基因在调控种子大小方面具有和拟南芥ANT同样的功能。ZmANT在玉米中的表达模式分析。为确定ZmANT基因在玉米中的表达模式,我们进行了实时荧光定量检测和原位杂交实验。荧光定量结果显示,ZmANT基因在玉米各个组织中均有不同程度的表达,其中在种子里具有较高的表达水平。原位杂交结果显示,ZmANT基因在种子的胚中有十分明显的表达信号,并在种皮和胚乳中也有一定的表达。以上结果说明,ZmANT基因可能参与调控种皮以及合子组织胚和胚乳的发育过程,在控制玉米籽粒大小方面起着重要作用。玉米ZmANT过量表达转基因植株的获得与鉴定。我们构建了用于玉米转化的ZmANT过表达载体,然后通过农杆菌介导侵染幼胚的方式进行玉米转化,目前已获得稳定遗传的过表达阳性玉米株系共两代。经鉴定,T0代共获得阳性植株12棵,将T0代收获的种子进行实验田种植后,共获得T1代过表达阳性植株49棵。过量表达ZmANT转基因植株的表型分析。T0代转基因玉米植株由于受转化过程中各因素的胁迫,导致结实情况和籽粒发育出现异常。但鉴定到的过表达阳性植株中该基因的表达水平与野生型相比均有不同程度的增加。将T1代籽粒进行实验田种植后发现,T1代过表达阳性株系的籽粒大小及粒重均高于野生型对照,并且T0代ZmANT基因表达量越高的阳性植株,其后代籽粒变大的表型也越显著。而且还发现,T1代转基因玉米阳性株系的株高也产生了一定的上调趋势。以上研究结果表明,ZmANT基因在增加玉米籽粒大小及粒重方面发挥着重要的作用,能够有效地提高玉米籽粒的产量性状。综上所述,我们克隆了影响玉米籽粒大小的关键基因ZmANT,并通过过量表达该基因有效地提高了玉米的籽粒大小和粒重。这对创制大粒玉米新材料,提高玉米产量,促进国家农业发展具有重要的意义。