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穗发芽(Vivipary)是全球作物的重要灾害之一,其表型的产生往往与植物内源激素脱落酸(abscisic acid,ABA)有直接关系。钼辅因子(Mo Co)直接影响ABA的生物合成,但是目前其对玉米穗发芽中的作用尚不清楚。因此,对Mo Co相关的玉米穗发芽突变体进行基因定位、克隆、功能验证以及转录组分析,不仅能为深入了解穗发芽的调控机制提供宝贵的资源,也能为玉米抗逆分子育种提供参考依据。本研究对两个钼辅因子突变造成的玉米穗发芽突变体进行了初步分析。对于玉米穗发芽突变体vp-like5,采取正向遗传学手段,进行基因精细定位,克隆到GRMZM2G165966基因,同时对其构建了亚细胞定位载体,对其进行初步功能验证。此外,对于另外一个玉米穗发芽突变体vp-like4,利用转录组测序技术(RNA-seq)进行差异表达基因分析,并通过GO(Geneontology)功能富集分析,初步明确了vp-like4可能参与的调控途径。主要研究结果如下:1.玉米穗发芽vp-like5突变体基因的精细定位。采用图位克隆技术,在群体中观察单株表型,并筛选出双亲间具有多态性的分子标记,不断缩小候选区间。最终将vp-like5突变体的目的基因锁定在玉米4号染色体258kb的区间内,其中共包含17个基因。2.vp-like5突变体基因的克隆。利用RNA-seq数据分析候选区间基因表达差异以及利用半定量聚合酶链式反应(RT-PCR)技术验证,检测候选区间内的基因在野生型和突变体籽粒中的表达差异,结果显示GRMZM2G165966在突变体中不表达,因此推测其为穗发芽突变体vp-like5的目的基因。参考Maize GDB网站公布的基因注释信息,进一步分析发现,该基因与Mo Co的生物合成有关。3.vp-like5突变体基因的亚细胞定位分析。将候选基因与p Earley Gate 104构建植物表达载体,在玉米原生质体与烟草叶肉细胞中进行了亚细胞定位分析。激光共聚焦显微镜扫描结果显示,该基因在细胞膜、细胞核以及细胞质等重要位置都能检测到表达。4.vp-like4突变体的转录组分析。通过vp-like4突变体与野生型转录组数据比对分析,发现3376个基因表达有差异(上调2252个,下调1124个),候选基因GRMZM2G121468在突变体中下调。利用GO功能富集分析,将所有差异表达基因富集在716个GO分类条目上,其中生物学过程(Biological process)富集的最多,包含364个条目,细胞组分(Cellular component)被富集了72个条目,分子功能(Molecular function)包含280个条目。根据各个条目的信息,我们可以发现该基因突变能够显著影响植物逆境响应、碳水化合物代谢以及光合作用等生理生化过程,这些都与种子休眠有密切联系。将3376个差异基因参考KEGG数据库进行代谢途径分析,差异基因在植物激素信号转导(Plant hormone signal transduction)、类胡萝卜素生物合成(Carotenoid biosynthesis)、光合作用(Photosynthesis)以及淀粉和蔗糖代谢(Starch and sucrose metabolism)等信号转导途径中富集。这些差异基因参与的代谢途径以及每个途径上富集的基因,为进一步深入研究穗发芽的调控网络提供了重要的数据支持。