Zm401是本研究小组通过差异筛选法，并结合冷噬菌斑筛选，从玉米成熟花粉cDNA文库中克隆得到的cDNA。采用5RACE，3RACE技术及重叠PCR获得了Zm401 cDNA全长(1149bp)。RT-PCR和Northern杂交分析表明Zm401从四分体时期，单核期，双核期到成熟花粉表达量依次增强，证明Zm401属于玉米花粉发育晚期基因。Southern杂交表明Zm40l基因在玉米基因组中以单拷贝或低拷贝形式存在。Zm401在烟草中异源表达和在玉米中过表达均导致转基因花药绒毡层降解延迟，花粉发育畸形及植株雄性不育。对Zm401 cDNA的序列分析表明该基因缺乏长的开放阅读框，具有poly(A)尾部结构，序列中最长的可能开放阅读框编码89 aa。本文在已有工作的基础上，进一步研究Zm401的功能和作用机制。 Zm401启动子可以特异驱动下游基因在花药的绒毡层，药隔组织，发育的小孢子和成熟花粉中表达。进一步5端缺失实验证明，-535至-452区域存在调控花粉特异表达的元件，-535至-510和-510至-452区域存在数量调控元件。 免疫杂交表明自四分体时期可以检测到Zm401基因的翻译产物，其表达量随花药发育而增多，表明内源存在89 aa的表达产物。进一步将最长编码框起始密码子ATG定点诱变和编码框移码诱变，利用CaMV35s启动子，分别在烟草中异源表达Zm401基因最长编码框和突变体。转基因烟草分析表明Zm401基因最长编码框可以引起与Zm401全长基因同样的效果，导致转基因烟草花药的绒毡层降解延迟，花粉育性降低；而突变体对转基因烟草花药发育和花粉育性没有任何影响。因此，Zm401以最长编码框编码的89 aa起作用。药 GFP融合蛋白亚细胞定位实验和免疫胶体金标记实验证明Zm4010RF是一个核蛋白。分别在Zm401启动子和CaMV35s启动子驱动下，将Zm401ORF转入玉米。RT-PCR分析表明Zm401ORF在转基因玉米中过量表达。对转基因玉米的观察显示：雄穗的大部分小花的外稃不张开，无花粉散出，少数小花外稃张开，仅少量花粉散出；转基因玉米小花缺失1-2枚花药，且花药皱缩，呈深褐色；花药绒毡层降解延迟，两侧花粉囊合并不同步；小孢子形态异常，不能正常积累内容物，同一药室的小孢子发育不同步。T1代转基因玉米分子检测表明Zm401基因可以稳定遗传，在T1代玉米中同样观察到由于Zm401ORF异常表达引起的花药发育异常和育性下降。 对单核期Zm401ORF过表达和野生型玉米花药总RNA，进行基因芯片研究。采用GCOS软件进行芯片数据分析，在P value≤0.01的条件下，171个基因表达量变化倍数≥4，292个基因表达量变化倍数≤1/4。大部分变化显著的基因参与碳水化合物的运输/代谢和脂类代谢等生理过程，其中包括参与绒毡层代谢和降解过程的基因。 根据以上实验结果我们认为Zm401是玉米花药发育过程中基因调控网络的成员，它通过89 aa编码产物在孢子体和配子体中共同发挥作用来影响小孢子发育，在孢子体中的作用可能是调控绒毡层细胞的降解，绒毡层细胞降解延迟导致不能供给发育的小孢子营养物质；在配子体中的作用可能是影响花粉的成熟。 以Zm401 cDNA片段为探针，筛选玉米基因组文库，得到了两个基因组克隆，其中一个是Zm401，另一个克隆全长1822 bp，命名为Zm908。采用5RACE和RT-PCR技术获得了Zm908 cDNA全长(1256 bp)。序列分析表明Zm908由一个外显子(1256 bp)，5调控区(229 bp)和3非编码区组成(274 bp)。Zm908序列缺乏明显的开放阅读框，最长的可能开放阅读框编码96 aa。 玉米基因组Southern杂交结果表明，Zm908基因以低拷贝存在于玉米基因组中。Northern杂交表明Zm908基因除了在叶片中有微量表达外，在花粉不同发育时期有大量表达，在成熟花粉中表达量最高。Zm908启动子片段与GUS融合转化烟草，对转基因烟草的分析表明，Zm908启动子片段可以特异驱动报告基因在转基因烟草花粉中表达，与Northern杂交结果一致。 为了研究Zm908基因的功能和作用形式，将最长编码框起始密码子ATG定点诱变和编码框移码诱变，利用CaMV35s启动子，分别在烟草中异源表达Zm908基因最长编码框和突变体。结果显示，Zm908基因最长编码框异源表达导致转基因烟草小孢子母细胞减数分裂不同步，部分花粉粒干瘪，不能正常积累内容物，花粉育性下降，与Zm908全长基因在烟草中异源表达产生的表型一致；而Zm908突变体的异源表达未影响烟草花粉发育和育性。以上研究结果表明，Zm908基因可能与Zm401基因一样，是通过最长ORF的96 aa编码产物参与花粉发育。