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粒重和穗粒数是玉米单穗产量最重要的影响因子,而籽粒和花序的发育是影响粒重和穗粒数的关键因素,因此,克隆玉米籽粒及花序发育相关的关键QTL/基因,解析其功能及调控机制具有重要的理论和应用意义。本研究通过图位克隆的方法,克隆了一个影响玉米籽粒发育的基因,命名为Empty pericarp10（Emp10）,并阐明了其影响籽粒发育的分子机制;同时利用大刍草在现代玉米自交系中的导入系,精细定位了一个来源于大刍草的影响玉米穗行数的主效QTL,命名为teosinte ear rank1（ter1）,。获得的主要研究结果如下:1、emp10突变体表型分析。emp10突变体籽粒胚和胚乳发育停滞,成熟后籽粒空瘪,胚致死无法发芽。细胞学观察发现,与野生型相比,突变体的胚停滞在原胚体时期,胚乳中淀粉积累显著减少,基部转运层细胞的细胞壁没有向内生长。2、Emp10的定位克隆。遗传分析发现emp10籽粒空瘪性状受单个隐性核基因控制,利用B73与emp10突变体杂交构建的6912个F2个体,将Emp10定位至64.5kb区间内。根据候选基因的序列及差异表达分析,确定5’UTR和exon1丢失了431bp且在emp10中几乎不表达的候选基因GM16即为Emp10。Emp10编码含有10个PPR基序的P型PPR蛋白。进化分析表明,EMP10在高粱中的同源基因为Sobic.001g092300。3、Emp10的表达与定位。表达谱分析表明,Emp10属于组成型表达基因,在雌穗和籽粒中的表达较高。亚细胞定位结果表明,EMP10特异地靶向线粒体。4、Emp10的作用机理。通过分析线粒体基因的转录本,检测到在emp10中线粒体电子传递链复合体I的重要亚基nad2 intron1没有被剪切。BN-PAGE结果显示,复合体I在emp10中不能正常组装,NADH脱氢酶染色结果显示emp10中复合体I活性几乎完全丧失。透射电镜结果显示emp10中线粒体出现嵴断裂降解,即线粒体结构遭到严重破坏。与此同时,交替氧化酶途径的重要基因AOX2和AOX3在emp10中被显著诱导上调表达。上述所有结果表明,Emp10功能缺失,导致线粒体电子传递链的氧化磷酸化途径受损,受精后的籽粒发育所需能量不能正常供应,导致种子发育迟缓并出现空皮籽粒。5、ter1精细定位。从大刍草与玉米自交系Zong3的BC2F7群体中分离出的有柄小穗退化、穗行数减少的材料Ter1,Ter1表现出部分显性,将Ter1与玉米自交系C01杂交,构建了包含3822个单株的F2分离群体,从中筛选到16个重组类型,通过子代测验、纯合重组系与纯合非重组系试验验证,将ter1定位于标记C4-M4之间约300 kb范围内。6、大刍草BAC库筛选与测序分析。通过菌液PCR的方法从70656个BAC克隆中筛选到10个部分包含目标片段的阳性克隆,选取a0085P23/a0131J09克隆进行三代测序。测序结果显示该区间在大刍草中只有约250 kb,与玉米参考基因组的差异主要集中在基因间区。候选区间在大刍草与玉米自交系B73中均包含2个候选基因Zm674和Zm675。7、ter1候选基因的结构及表达分析。Zm674和Zm675均编码跨膜蛋白,分别含有Tmemb185A,RhaT跨膜结构域,ZM674在C末端包含有C3HC4 Zinc finger结构域。表达分析表明Zm674表达无差异,Zm675在Ter1中上调表达。8、ter1关键候选基因的鉴定。针对Zm674和Zm675两个候选基因设计特异引物,在Zong3和Ter1之间测序分析,分析结果表明,Zm674编码区只有一个SNP差异,并不改变编码的氨基酸,而Zm675编码区存在6个SNPs差异,导致5个氨基酸发生改变,其中第644位的SNP在大刍草与玉米中已基本固定。88.6%（163/181）的大刍草材料为A,97.3%（496/510）的玉米材料为G。9、载体构建与遗传转化。分别构建了Zm674和Zm675的CRISPR-Cas9基因编辑载体并进行遗传转化。