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玉米(Zea mays)是生产食品、动物饲料、生物燃料和化工产品的原料,是世界上产量最高、最重要的作物之一,而干旱是影响作物产量和生长的主要非生物胁迫。Full-length cDNA Over-eXpressing gene hunting system(FOX)2006年被提出,其原理是利用一定数量的cDNA在生物中异位高效表达,从而构建一个功能获得型文库批量鉴定基因的功能。细胞对渗透胁迫的应答在真核生物中是保守的,因此,筛选表达异源cDNA的酵母文库是研究干旱胁迫相关基因的高效方法。本文构建了一个玉米干旱胁迫相关cDNA酵母文库(FOX),通过利用山梨醇模拟干旱获得了候选基因,并鉴定了玉米中CBS结构域的基因家族。主要研究结果如下:(1)以陕A、B群筛选出的抗旱自交系KA105为材料,通过对RNA提取、cDNA双链合成循环数、cDNA长度分级及载体线性化等步骤进行优化构建了酵母文库。结果显示,构建的原核文库的库容达到了6.5×10~6 cfu,绝大多数插入基因的片段大小为0.75 kb~2.00 kb,平均长度大于1.00 kb,重组率95%,真核文库的库容达到了2.8×10~6 cfu。这说明构建了高质量的FOX文库。(2)筛选整个玉米抗旱FOX酵母文库,分析候选基因并利用玉米KA105自交系的转录组数据进行表达特征分析。结果显示,在2 mol/L山梨醇胁迫下极少的野生型酵母可以存活,因此以2 mol/L山梨醇从整个文库中筛选出38个非冗余的基因,这些基因涉及信号传导(9个)、转录因子(5个)、抗氧化剂(2个)、代谢(5个)、热激蛋白/分子伴侣(2个)、细胞结构(4个)、激素响应(2个)、氧化还原稳态(1个)、物质运输(1个)、假定蛋白(5个)还有两个基因通过多种途径参与抗旱。随后,对得到的38个候选酵母再次进行渗透胁迫。大多数基因可以响应干旱胁迫,有些基因在特定组织(叶或根)上调表达,编码NAC转录因子和ABA响应蛋白的基因可以在整株水平强烈的响应干旱。5个编码未知蛋白基因中的4个可以响应干旱胁迫,这说明可能有未知功能的新途径介导了玉米抗旱。(3)筛选的38个基因中有一个包含CBS结构域,因此,分析了玉米CBS基因家族,并利用B73自交系在正常和干旱胁迫下的表达谱进行表达特征分析。结果显示,鉴定了33个玉米CBS家族基因,构建了系统进化树,结合ZmCBS家族基因的保守结构域和保守基序将其分为10个亚组。正常条件下,同一亚组成员的表达既有保守性同时也出现了变异。干旱胁迫下,多个基因在特定组织上调表达,ZmCBS17在整个植株水平都可以响应干旱胁迫。