籽粒大小和粒重是玉米产量的重要组成因素,克隆籽粒大小和粒重相关的基因对阐明产量性状复杂的分子遗传机理,提高玉米产量具有重要意义。由于玉米基因组大,重复序列多,利用图位克隆技术研究玉米粒重相关基因难度较大。依据禾本科作物的共线性,利用已知的水稻等禾本科作物的基因组信息,在玉米中挖掘籽粒大小和粒重相关基因成为目前研究玉米粒重相关基因的重要手段。本研究从玉米中克隆到一个水稻粒重相关基因OsCPB1的直系同源基因ZmCPB1,分析了其时空表达模式及其编码蛋白的亚细胞定位情况,并利用15个分别来源于我国四大玉米种质的骨干自交系组成的小群体,分析了ZmCPB1基因的多态性与玉米籽粒大小和粒重等相关性状的相关性。主要结果如下:(1)根据水稻OsCPB1基因编码的蛋白质序列信息,我们在玉米中鉴定了4个同源较高的基因,其中一个基因编码蛋白与OsCPB1基因编码蛋白的相似性达88.87%,含有负责穗形态建成和籽粒大小的CPB1/D11保守区,且保守区序列与OsCPB1的完全相同,我们将其命名为ZmCPB1。该基因全长4448bp(GenBank登录号为GRMZM2G107199),共有9个外显子,CDS全长1466bp,编码481个氨基酸(GenBank登录号为DAA37378.1)。ZmCPB1蛋白属于细胞色素P450家族,包含保守的D、E、I、J、K、L6个α-螺旋,其血红素结合区域FxxGxRxCxG在C末端的螺旋I与螺旋L之间,且高度保守。根据B73参考基因组序列克隆ZmCPB1基因编码区上游长1500bp的DNA序列。序列分析软件预测表明启动子含有胚乳组织特异性表达相关元件、油菜素内酯响应元件以及其它表达调控元件。跨膜结构域预测表明ZmCPB1基因编码蛋白有一个跨膜结构域,亚细胞定位预测发现其可能定位在内质网上。(2)构建了35S::ZmCPB1-RFP和35S::HDEL-GFP植物融合表达载体,通过瞬时侵染将融合表达载体在烟草表皮瞬时表达,在激光共聚焦显微镜下观察荧光分布情况,表达表明ZmCPB1定位在内质网中。(3)利用qRT-PCR技术分析ZmCPB1表达的组织特异性,结果表明,ZmCPB1主要是在穗部表达,而且在授粉10天后的胚乳中表达量最高。与玉米胚乳细胞中淀粉合成时期同步,暗示ZmCPB1可能在玉米籽粒粒重和穗产量形成方面起重要的正调控功能。(4)利用15个分别来源于我国四大玉米种质的骨干自交系组成的小群体,对ZmCPB1基因的多态性与玉米籽粒大小和粒重相关性状进行了的相关性分析,结果表明ZmCPB1的表达量与籽粒长度和果穗长度显著正相关,相关性分别达到0.049(P<0.05)和0.033(P<0.05)。而ZmCPB1基因cDNA序列及其编码的蛋白质序列在群体中的多态性与玉米籽粒大小和粒重相关性状没有明显的相关性。(5)以Napin为启动子,构建了ZmCPB1基因的种子特异性植物超表达载体,用于ZmCPB1基因的生物学功能鉴定。总之,本研究从玉米中克隆到一个水稻粒重相关基因OsCPB1的直系同源基因ZmCPB1。生物信息学分析结果表明,ZmCPB1可能具有调控雌穗形成和籽粒发育的重要功能;时空表达模式分析证明其在授粉后10天的胚乳中表达量最高;与玉米粒重相关性状的关联性分析表明了其表达量与玉米粒长和穗长之间存在显著正相关。以上结果初步表明,ZmCPB1在籽粒胚乳发育调控中可能具有重要功能,为进一步研究其生物学功能及其在玉米籽粒发育中的分子调控机理奠定了基础。