摘要
GRAS转录因子家族是在植物界中高度保守的一个基因家族，在过去的几年中，通过基因组学分析方法对GRAS家族进行分析，揭示了17个物种中的进化关系，在14个物种中，总共鉴定得到837条GRAS序列，其功能涉及到植物生长发育的多个方面，例如赤霉素GA的信号转导途径、光敏色素A的信号转导途径、腋芽部分分生组织的形成、根的极性生长、茎顶端分生组织的维持以及雄配子体的发育等。目前已经对水稻、拟南芥、大白菜以及梅花中的GRAS家族进行了系统的生物信息学分析，分别发现了33、57、48以及46个GRAS基因。由于玉米的实用价值以及其越来越高的科研价值，且2009年实现B73自交系的全基因组测序，本研究选择对玉米中的GRAS转录因子家族成员进行系统的生物信息学分析，并对其功能进行了系统的分析。但是由于玉米基因组庞大并且复杂，目前针对玉米的转化工作仍然比较困难，本实验选取拟南芥（Arabidopsis thaliana）以及二穗短柄草（Brachypodium distachyon）作为功能分析的模式作物。主要结果如下： （1）在玉米B73生态型中共发现GRAS转录因子家族成员92个，大部分具有一个或者多个GRAS家族的保守结构域—GRAS结构域。GRAS转录因子家族的氨基酸序列有一定保守性，主要集中于C端，N端保守性较差，其中C端的保守结构域总称为GRAS结构域，主要包括：Leucine Heptad Repeat I（LHR I），VHIID，Leucine Heptad Repeat II（LHR II）， PFYRE和SAW基序。 （2）将玉米B73中的92个GRAS蛋白与拟南芥、水稻以及高粱中的GRAS蛋白作进化树比对，可以将其分为8个亚家族，分别为SCL3，HAM，SCR，DELLA，SHR，PAT1和LISCL亚家族，该分类与拟南芥以及水稻等已知GRAS家族信息的分类类似。不同亚家族序列直接具有一定的相似性，在GRAS蛋白的C端都具有一个或者多个保守结构域，被称为GRAS结构域，N端一般来说相似性不高，但是DELLA家族的部分成员N端具有一个DELLA结构域，而LISCL亚家族的部分成员N端序列也存在保守结构域，这些保守结构域的存在可能与其亚家族的特殊功能相关。 （3）B73中的92个GRAS基因可以定位到玉米的10条染色体上，每条染色体上均有分布，且分布比较均一，没有集中到一个区段的现象，另外，其中存在10对直系同源基因，基因序列相差较小，并且有3对基因分别集中在不同染色体的一个小区段内，位置等均相同，有可能是由于玉米染色体区段复制形成，并且复制后保守性较强，未发生大范围的基因突变。 （4）通过对92个GRAS基因的表达谱分析发现，该家族成员的表达模式差别较大，可分为6个分支，每个分支的表达模式不同，选取部分基因进行qRT-PCR验证后证实该表达谱数据可信。 （5）分别在二穗短柄草以及拟南芥中对部分GRAS基因进行过表达实验，发现几个明显的表型。在二穗短柄草中过表达ZmGRAS47和ZmGRAS84均表现为植株矮小，矮化程度不同，但是在拟南芥中过表达ZmGRAS84转基因植株并没有表现为下胚轴伸长；在拟南芥中过表达ZmGRAS41和ZmGRAS74均表现为下胚轴伸长，过表达ZmGRAS39和ZmGRAS40均表现为植株开花时间提前。
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