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干旱是导致我国第一大粮食作物玉米减产的主要自然灾害之一。深入研究玉米抗旱遗传与分子机制、发掘抗旱新基因,是进一步提高玉米产量、保障国家粮食安全的迫切需要。有研究报道,植物中最保守的clade A类磷酸酶(PP2CA)在调控植物脱落酸(abscisic acid,ABA)信号传导和干旱胁迫应答中起着重要作用。然而关于磷酸酶PP2CA是否存在自然变异直接调控玉米的抗旱性还有待解析。我们利用368份玉米自交系在苗期干旱条件下的存活率数据,对13个Zm PP2CA磷酸酶家族基因做候选基因关联分析,发现Zm PP2CA10中存在与玉米抗旱性显著关联的单核苷酸变异位点。与拟南芥同源蛋白功能相似,Zm PP2CA10也可以与ABA受体Zm PYL和激酶Zm Sn RK2互作,参与玉米ABA信号的传导。通过在玉米和拟南芥中进行转基因实验,我们证实Zm PP2CA10是植物干旱胁迫应答中的负调控因子。通过重测序,我们发现Zm PP2CA10启动子区-338bp处存在一个插入/缺失变异位点(Insertion/Deletion,In Del)与玉米抗旱性显著关联。进一步的研究表明该位点的缺失为内质网胁迫响应元件的缺失,使Zm PP2CA10无法响应Zmb ZIP17和Zmb ZIIP60介导的内质网胁迫信号,导致其表达量相对降低,从而增强了植物的抗旱性。我们的研究提供了直接的证据表明内质网胁迫信号与植物抗旱性相关,并且相关变异位点有作为分子标记用于玉米抗旱育种的潜力。Small RNA(s RNA)作为调控基因表达的重要组件(component)之一,在植物的非生物胁迫应答中起着重要的作用。前期,本实验室通过对在干旱和正常状态下的各338份玉米自交系材料进行s RNA测序并对其进行全基因组关联分析,发现第8号染色体140Mb处存在显著受干旱诱导并影响多个s RNA表达量的e QTL热点。但是该e QTL热点如何特异性的在干旱条件下调控s RNA的表达,以及其是否影响植物的抗旱性,还有待进一步探究。我们通过实验发现,玉米关联群体中该区间存在一个21.4Kb反向重复序列(Inverted Repeat-8,IR-8)插入/缺失的变异。在干旱条件下,IR-8的自然变异与多个s RNA的表达量显著相关。进一步研究发现IR-8位于PP2CA家族基因Zm ABI的内含子内,其转录与Zm ABI相关且受到干旱诱导,导致干旱处理后s RNA表达量在不同玉米自交系中存在显著差异。IR-8的插入能够显著减弱玉米的抗旱性,且抑制Zm ABI全长转录本Zm ABI-T01的表达。Zm ABI-P01与激酶Zm OST1互作,且Zm ABI-P01对激酶Zm OST1活性的抑制作用弱于Zm PP2CA10对Zm OST1的抑制作用,我们推断Zm ABI可能与Zm PP2CA10竞争性结合Zm OST1而影响植物对干旱的响应。进一步发现IR-8产生的si RNA能够通过对靶标基因m RNA进行剪切从而实现转录后水平的基因沉默(PTGS)。上述结果暗示IR-8存在两种影响玉米抗旱性的可能机制:一是IR-8的插入可能影响Zm ABI-T01的表达,二是IR-8产生的si RNA可能通过调控其相应靶基因的表达进而影响植物的抗旱性。总之,本研究通过对玉米关联群体内广泛存在的自然变异进行分析,找到了与植物抗旱性显著相关的自然变异位点并解析了其发挥作用的分子机制,为玉米抗旱型新品种的培育提供了理论基础和分子标记