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高盐度和干旱可以诱导植物体产生过量的活性氧(ROS),导致对DNA、蛋白质和脂类等生物大分子的氧化损伤。而蛋白质中的含硫氨基酸甲硫氨酸(Met)很容易被ROS氧化,形成S型甲硫氨酸亚砜(Met-S-SO)和R型甲硫氨酸亚砜(Met-R-SO)。机体内的甲硫氨酸亚砜还原酶(methionine sulfoxide reductase,MSR)可以还原氧化型的甲硫氨酸。虽然已有研究表明生物中的MSR可以响应多种逆境反应,但对于玉米中的MSR的作用缺少实验证据,本论文主要对ZmMSRA2和-A5.1的抗逆功能及作用机制进行了初步探究。1 ZmSRA2的功能及作用机制生物信息学分析显示,ZmMSRA2编码蛋白包含一个高度保守的C端的PMSR结构域,亚细胞定位结果显示ZmMSRA2定位在细胞质,酶活测定结果显示过表达系的MSR酶活与野生型相比显著提高。前期qPCR分析发现NaCl、PEG处理后,ZmMSRA2表达上调;在NaCl、Mannitol、H202以及ABA处理下,转基因拟南芥株系的主根长度显著增加,耐逆能力强于对照。在渗透胁迫处理下,与野生型相比,过表达系种子萌发较快。测量各株系的抗氧化酶活性和脯氨酸的含量,结果显示,过表达ZmMSRA2基因可显著提高转基因拟南芥中的CAT酶活及脯氨酸的含量。通过对相关代谢过程marker基因分析,结果表明ZmMSRA2促进了ROS清除相关基因、ABA合成相关基因和吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(P5CS1)的表达。以上结果显示,玉米ZmMSRA2通过调控脯氨酸合成及ROS的含量响应逆境的胁迫。2 ZmMRA5.1的功能及作用机制生物信息学分析显示,ZmMSRA5.1编码的蛋白主要由N端的低复杂性区域(low complexity region)和C端的PMSR结构域组成,亚细胞定位结果显示ZmMSRA5.1可能分泌到胞外,酶活测定结果表明过表达系的MSR酶活比对照显著提高。前期qPCR分析发现NaCl、PEG处理后,ZmMSRA5.1表达上调,在NaCl、Mannitol、H2O2处理下,与对照相比,转基因株系的抗胁迫能力显著提高,盐胁迫处理下过表达系种子的萌发率以及萌发速度较野生型都有一定程度的提高。测量各株系的氧化酶活和脯氨酸的含量,结果显示,过表达ZmMSRA5.1基因可显著提高转基因拟南芥中的CAT酶活。通过对ROS代谢过程marker基因分析,结果表明ZmMSRA5.1提高了ROS清除系统关键酶的表达;ZmMSRA5.1过表达系的离子通道蛋白相关marker基因SOS3、NHX1表达量显著高于对照。因此,ZmMSRA5.1可能通过正调控离子转运载体及ROS含量响应逆境胁迫。