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干旱和盐胁迫是植物生长过程中遭受的主要非生物胁迫，严重限制了作物的生长发育及产量。醛糖还原酶属于醛酮还原酶超家族成员之一，能够催化醛类物质转化为相应的醇发挥解毒作用，是多元醇通路的关键限速酶。在动物疾病方面如糖尿病中研究比较深入，在植物中研究较少。本研究以玉米自交系E28作为材料，克隆了玉米醛糖还原酶基因ZmAR1，并在原核和真核水平对ZmAR1在非生物胁迫中的作用进行了分析，结果如下：
采用qRT-PCR方法，分析了玉米ZmAR1基因的表达模式和水平，发现ZmAR1基因在根、茎和叶中均有表达，相对表达水平在叶中最高，在根中最低。干旱和盐胁迫下，ZmAR1在玉米根、茎、叶中下调表达且表达模式略有不同。
克隆的ZmAR1基因，其ORF长度为933bp，编码310个氨基酸，编码蛋白的相对分子量为34.56kDa，理论等电点为6.21。生物信息学分析表明，ZmAR1属于醛酮还原酶超家族，系统发育树分析表明，ZmAR1与高粱的同源性最高。通过烟草瞬时表达对ZmAR1进行亚细胞定位，结果表明，ZmAR1定位于细胞质和细胞核。
构建原核表达载体pET28a-ZmAR1，诱导重组质体在大肠杆菌BL21中表达。SDS-PAGE凝胶电泳分析表明，融合蛋白成功表达。不同浓度的PEG-6000(5%、10%、20%)和NaCl(0.4、0.6和0.8mol/L)处理后，重组大肠杆菌BL21(pET28a-ZmAR1)的生长曲线低于对照BL21(pET28a)，说明ZmAR1蛋白的过表达降低了重组大肠杆菌细胞的抗旱耐盐性。
将ZmAR1基因导入拟南芥中，通过卡那霉素筛选得到三个转基因株系(T3)L1、L2和L3。在干旱处理后结果显示，转基因拟南芥种子的相对发芽率和幼苗根长均明显低于野生型，约为野生型的79%和0.83倍；幼苗经一周干旱处理后的成活率低于野生型，约为野生型的48%。在盐胁迫下，转基因拟南芥种子的相对发芽率和幼苗根长均明显低于野生型，约为野生型的72%和0.74倍；幼苗经一周NaCl处理后的成活率低于野生型，约为野生型的42%。
生理指标分析表明，在干旱胁迫下，转基因拟南芥离体叶片失水率高于野生型。转基因拟南芥叶片的相对电导率和MDA含量明显高于野生型，分别是野生型的1.53和1.80倍。三个转基因株系的叶绿素含量均低于野生型，约为野生型的0.83倍。抗氧化酶(CAT、SOD、POD)活性明显低于野生型，分别为野生型的0.82、0.87和0.77倍。在盐胁迫下，转基因拟南芥叶片的相对电导率和MDA含量明显高于野生型，分别是野生型的1.48倍和1.60倍。转基因植株叶绿素含量低于野生型，仅为野生型的0.78倍。抗氧化酶(CAT、SOD、POD)活性明显低于野生型，分别是野生型的0.87倍、0.84倍和0.82倍。
采用qRT-PCR技术分析了4个应激相关基因ABI1、DREBI、RD29B和RAB18在转基因拟南芥中的表达。结果表明，在干旱和盐胁迫下，转基因拟南芥中ABI1和RD29B的表达水平高于野生型，DREBI和RAB18低于野生型。
综上所述，ZmAR1可能在干旱和盐胁迫下发挥负调控作用，这为我们利用Crispr-Cas9等基因编辑技术在玉米抗逆境分子育种中敲除该基因提供了理论指导。
采用qRT-PCR方法，分析了玉米ZmAR1基因的表达模式和水平，发现ZmAR1基因在根、茎和叶中均有表达，相对表达水平在叶中最高，在根中最低。干旱和盐胁迫下，ZmAR1在玉米根、茎、叶中下调表达且表达模式略有不同。
克隆的ZmAR1基因，其ORF长度为933bp，编码310个氨基酸，编码蛋白的相对分子量为34.56kDa，理论等电点为6.21。生物信息学分析表明，ZmAR1属于醛酮还原酶超家族，系统发育树分析表明，ZmAR1与高粱的同源性最高。通过烟草瞬时表达对ZmAR1进行亚细胞定位，结果表明，ZmAR1定位于细胞质和细胞核。
构建原核表达载体pET28a-ZmAR1，诱导重组质体在大肠杆菌BL21中表达。SDS-PAGE凝胶电泳分析表明，融合蛋白成功表达。不同浓度的PEG-6000(5%、10%、20%)和NaCl(0.4、0.6和0.8mol/L)处理后，重组大肠杆菌BL21(pET28a-ZmAR1)的生长曲线低于对照BL21(pET28a)，说明ZmAR1蛋白的过表达降低了重组大肠杆菌细胞的抗旱耐盐性。
将ZmAR1基因导入拟南芥中，通过卡那霉素筛选得到三个转基因株系(T3)L1、L2和L3。在干旱处理后结果显示，转基因拟南芥种子的相对发芽率和幼苗根长均明显低于野生型，约为野生型的79%和0.83倍；幼苗经一周干旱处理后的成活率低于野生型，约为野生型的48%。在盐胁迫下，转基因拟南芥种子的相对发芽率和幼苗根长均明显低于野生型，约为野生型的72%和0.74倍；幼苗经一周NaCl处理后的成活率低于野生型，约为野生型的42%。
生理指标分析表明，在干旱胁迫下，转基因拟南芥离体叶片失水率高于野生型。转基因拟南芥叶片的相对电导率和MDA含量明显高于野生型，分别是野生型的1.53和1.80倍。三个转基因株系的叶绿素含量均低于野生型，约为野生型的0.83倍。抗氧化酶(CAT、SOD、POD)活性明显低于野生型，分别为野生型的0.82、0.87和0.77倍。在盐胁迫下，转基因拟南芥叶片的相对电导率和MDA含量明显高于野生型，分别是野生型的1.48倍和1.60倍。转基因植株叶绿素含量低于野生型，仅为野生型的0.78倍。抗氧化酶(CAT、SOD、POD)活性明显低于野生型，分别是野生型的0.87倍、0.84倍和0.82倍。
采用qRT-PCR技术分析了4个应激相关基因ABI1、DREBI、RD29B和RAB18在转基因拟南芥中的表达。结果表明，在干旱和盐胁迫下，转基因拟南芥中ABI1和RD29B的表达水平高于野生型，DREBI和RAB18低于野生型。
综上所述，ZmAR1可能在干旱和盐胁迫下发挥负调控作用，这为我们利用Crispr-Cas9等基因编辑技术在玉米抗逆境分子育种中敲除该基因提供了理论指导。