摘要
玉米是食品、饲料和工业原料生产的关键资源，提高其产量和品质是确保国家粮食安全和经济稳定发展的重要保障。籽粒是产量来源的主要器官，挖掘影响籽粒发育和灌浆的关键基因，并解析其作用的分子机制，对提高玉米产量有重要理论指导意义。本研究以田间发现的两个籽粒自然突变体为材料，通过表型分析和图位克隆获得了其候选基因，并对候选基因Mn1的核心启动子极其结合蛋白进行了筛选和鉴定，主要研究结果如下： 1.籽粒突变体t902-1的图位克隆 t902-1突变体籽粒的粒长、粒宽、粒厚、百粒重均显著低于野生型。其与野生型籽粒的差异出现在授粉后第8天，并随着发育进程逐渐加大。细胞学分析表明，相较于野生型籽粒，突变籽粒的胚和胚乳发育滞后，胚乳基底转移层和细胞壁内增生少。遗传分析发现，t902-1表型是单基因控制的隐性性状。利用图位克隆将目标基因定位在2号染色体上S04164和C18737标记之间，物理距离2.2Mb。序列分析发现区间内的mn1基因存在一个特异的导致氨基酸由Glu变为Asp的错义突变位点，等位测验结果表明t902-1是一个新的mn1等位突变体。 Mn1作为胚乳基底转移层特异的细胞壁转化酶，调节蔗糖从韧皮部卸出，在质外体中催化蔗糖不可逆水解为葡萄糖和果糖，控制蔗糖吸收速度。但调控Mn1表达水平的反式作用因素尚不清楚。以玉米自交系B73基因组为模板，克隆了Mn1起始密码子ATG上游2000bp的序列，结合信息学顺式元件分析和基因枪体内活性检测试验，明确ATG上游-1000～-501bp之间的序列是Mn1的核心启动子；酵母单杂交和Dual-Luc试验初步确定ZmMRP-1和O2是调控Mn1表达水平的重要反式作用因子。 2.籽粒突变体yys223的图位克隆 yys223突变体籽粒的粒长、粒宽、粒厚、百粒重都显著降低，遗传分析表明yys223突变表型是由单个隐性核基因控制的。图位克隆将该基因定位在玉米第8号染色体上标记W73635和W73716之间，物理距离1.95Mb。该区间内存在一个编码PPR蛋白的基因Emp7，是线粒体氧化磷酸化复合物的组装的关键基因。序列分析发现yys223中emp7基因外显子上存在一个单碱基G的插入，产生移码突变，导致蛋白翻译提前终止。等位测验结果表明yys223是emp7的等位突变体。
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