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植物从营养生长到生殖生长的转变是一个复杂而关键的过程,涉及一系列动态发育过程。相对于小麦、水稻等禾本科植物,玉米的成花转变过程尤为复杂,因为它会产生两种不同性别的花,分别为雌花和雄花,它们是由三种不同类型和命运的原基形成的,分别是小穗对原基(spikelet-pair meristems,SPMs)、小穗原基(spikelet meristems,SMs)和花原基(floral meristems,FMs)。玉米这种独特的成花机制,以及基因组测序的完成,使它成为研究禾本科植物花序发育的一个非常重要和完美的模型。生长素是一种非常重要的植物激素,参与诸多生物过程的调控,例如向光性、向重力性、器官的发生、维管系统的形态建成等。现在公认的生长素合成途径有四条,其中YUCCA(YUC)基因参与的途径是植物最主要的生长素合成途径。该途径产生的生长素是胚胎形成、花发育、种子形成和维管系统发生等生物学过程所必需的。生长素的转运也被证明在植物的器官形成和分化中发挥重要作用。PIN-formed(PIN)蛋白作为植物特有的一类生长素外运载体,在生长素极性运输过程中具有重要作用。本研究通过观察生长素响应信号DR5标记的玉米转基因植株的雌花序发育过程,发现生长素响应信号在小穗对原基、小穗原基和花器官原基即将形成的位置较强,而当新原基起始后信号变弱,这是生长素合成与极性转运共同作用的结果。于是分别对生长素合成基因YUC家族和生长素转运基因PIN家族进行了分析,以揭示这两个家族的基因在玉米的雌花序发育过程中的作用。研究结果和结论如下:将拟南芥的YUC基因序列作为搜索序列,与B73的全基因组序列进行序列比对,找到了14个YUC基因,将其命名为ZmYUC1-ZmYUC14。对拟南芥、水稻、玉米的YUC蛋白家族进行的进化树分析发现,玉米与水稻的YUC蛋白具有更高的同源性,多个分支仅包含玉米和水稻的YUC蛋白,暗示了单双子叶植物中YUC家族基因的进化方式是不同的。玉米YUC蛋白的系统进化树分析发现,同一组的YUC基因具有类似的基因结构。玉米的14个YUC基因在染色体上分布不均匀,5、6、9号染色体上没有ZmYUC基因的分布。利用实时定量PCR技术对14个玉米YUC基因的表达模式进行分析,结果发现有12个基因在雌花序发育过程中特异或优势表达,而且主要在SPM和SM2时期高表达。ZmYUC3和ZmYUC4的原位杂交结果显示,它们都主要在玉米雌花序各类原基中高水平表达。这些结果暗示了玉米的YUC基因在雌花序发育过程中具有重要作用。另外,我们还构建了ZmYUC4的过表达载体和ZmYUC3、ZmYUC4和ZmYUC8的artificial microRNA载体,并通过农杆菌介导的幼胚转化法进行了遗传转化,以期获得转基因植株用于观察和分析YUC基因对玉米雌花序发育的影响。前人研究发现玉米的生长素转运基因PIN家族有14个成员,我们利用实时定量PCR对玉米的这14个PIN基因在雌花序发育过程中的表达模式进行了分析。结果显示,有11个基因在雌花序发育过程中特异或优势表达,而且主要在SPM、SM1和F这三个时期高表达,在营养器官中表达量极低或不表达。通过观察pZmPIN1a::ZmPIN1a::YFP转基因植株的雌花序发育过程,发现信号主要集中在小穗对原基、小穗原基和花器官原基即将起始的位置。借助DR5rev::mRFPer和pZmPIN1a::ZmPIN1a::YFP的转基因植株,发现生长素响应信号和极性转运信号在不同节位腋芽发育过程中的分布模式是有显著差异的,位置越靠上的腋芽生长素响应信号越强,极性转运越活跃。这些结果都暗示生长素极性转运在玉米雌花序的发育过程中发挥作用。综上所述,本研究通过对玉米生长素合成相关YUC家族基因和生长素极性转运相关PIN家族基因进行表达模式分析,结果显示这两类基因的多个成员均在玉米雌花序各类原基起始过程中优势表达,这暗示了生长素的合成和极性转运在玉米雌花序发育过程中具有重要作用。本研究的结果对于揭示生长素在玉米雌花序发育过程中的作用提供了重要的线索和依据。