【摘 要】
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玉米是世界三大粮食作物之一,也是主要的饲料和工业原料。通过提高玉米光合效率从而发挥作物高产潜能,可以作为提高玉米产量的一条有效途径。在C4植物中,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸依赖性苹果酸酶（NADP-ME）是最广泛的脱羧酶,目前已知主要功能是释放维管束鞘细胞中的CO2,使其有效的进入Rubisco中,从而提高底物的催化效率。本研究经过分析nadp-me在相关光合生理指标的差异,从而确定NADP-ME的
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玉米是世界三大粮食作物之一,也是主要的饲料和工业原料。通过提高玉米光合效率从而发挥作物高产潜能,可以作为提高玉米产量的一条有效途径。在C4植物中,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸依赖性苹果酸酶（NADP-ME）是最广泛的脱羧酶,目前已知主要功能是释放维管束鞘细胞中的CO2,使其有效的进入Rubisco中,从而提高底物的催化效率。本研究经过分析nadp-me在相关光合生理指标的差异,从而确定NADP-ME的正常基因功能表达对玉米植株的正常生长是不可或缺的。根据Ch Ip-seq数据预测NADP-ME的转录因子功能结构域,利用酵母单杂交技术挖掘与玉米光合作用相关的ERF亚家族转录因子,构建AP2/ERF-C4 NADP-ME转录调控通路并分析外界光强、光质、光周期对此通路的影响,为揭示玉米光合作用的调控机制及实现C3植物的C4改造奠定理论基础。主要研究成果如下:（1）UFMu5（5’UTR插入）幼苗从出土后叶片呈淡绿色;illu3突变体（第三外显子插入）幼苗出土后叶片呈黄色,三叶期死亡,表明该基因对植株的正常存活是必需的;通过测定UFMu5突变体的光合生理指标,发现该突变体净光合速率约为3μmol m?2s?1,Fv/Fm（最大光合能力）值明显下降,证明该突变体是一个典型的光合缺陷型突变体。（2）经鉴定,nadp-me的两种突变体-UFMu5和illu3,分别插入在NADP-ME（GRMZM2G085019）的5’UTR及第三外显子内。根据荧光定量PCR及免疫印迹检测结果,发现在突变体中NADP-ME基因不能正常转录和翻译。猜测该基因不能进行正常的功能表达时,可能导致突变体的表型变化及玉米植株不能正常生长结实。（3）通过酵母单杂交技术、Ch IP-Seq数据和Dual-Luciferase技术发现ZmERF172与ZmERF198可结合在NADP-ME的启动子区域,激活NADP-ME的表达,进而通过影响NADP-ME的表达来影响玉米的光合作用。（4）通过酵母双杂交技术,发现ZmERF198与PIF3、BZO2H2、ZmMYB106、IAA14等蛋白质存在相互作用。（5）使用MEAG7软件对玉米及狗尾草两个物种中的AP2/ERF转录因子家族进行聚类分析,将ZmERF172与ZmERF198在狗尾草的同源基因分别记为Sv ERF172、Sv ERF198。通过CRISPR/Cas9及植物组织培养技术,已获得部分稳定转化的狗尾草阳性植株。（6）ZmERF172与ZmERF198在进化上具有高度的同源性,利用CRISPR/Cas9技术对基因ZmERF172与ZmERF198的序列进行编辑。目前已得到玉米转基因杂合植株zm-erf198-crispr,测序结果表明其外显子缺失1 bp,碱基移码,氨基酸序列改变,但突变体无明显表型变化。
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