玉米是中国三大粮食作物之一,也是世界上重要的粮食作物,同时还能作为饲料和工业原料,在保障国家粮食安全和满足市场需求中起到重要作用。叶夹角的大小与冠层光合作用面积密切相关,同时影响植株对光能的利用率,进而影响植株产量;因此,挖掘调控叶夹角发育相关的基因,研究其功能对玉米株型育种具有重要意义。本试验在课题组前期研究基础上,根据基因注释筛选到与叶夹角发育相关的基因Zmb HLH112和Zm KN-1;并以甲基磺酸乙酯(EMS)诱变野生型B73产生的突变株bhlh112和kn1及B73为试验材料。从田间表型、籽粒性状、苗期性状、生物信息学、细胞学、对外源激素的响应及转录组学等多方面进行研究。主要研究结果如下:1.通过田间表型分析,突变体bhlh112和kn1的叶夹角均小于野生型B73,株高和穗位高均显著低于野生型。籽粒性状分析表明,与野生型B73相比,突变体bhlh112的单穗重、穗长、穗粗、穗行数和行粒数均降低,百粒重增bioinspired design大;kn1的单穗重、穗长、穗行数和行粒数均减小,穗粗和百粒重增大;主成分分析结果表明各材料间存在显著差异性。2.突变体bhlh112中Zmb HLH112基因的第1241个碱基G突变为A,色氨酸突变为终止密码子;突变体kn1中Zm KN-1基因的第1098位碱基C突变为T,谷氨酰胺突变为终止密码子,导致密码子翻译提前终止。3.生物信息学分析发现,Zmb HLH112基因属于b HLH转录因子超家族,具有特定的HLH结构域;位于3号染色体,序列全长1525bp,其中CDS序列1158bp,共编码385个氨基酸;在野生型B73中V3期第二叶叶枕部位相对表达量较高。Zm KN-1基因属于KNOX转录因子家族,knotted-1同源蛋白,含有KNOX1、KNOX2、ELK以及Homeobox＿KN四类保守结构域;位于1号染色体,序列全长1682bp,其中CDS序列1080bp,共编码359个氨基酸;在野生型B73中V3期第二片叶叶枕部位和茎中相对表达量较高。4.利用外源IAA和ABA处理野生型和突变体材料,发现100μmol·L~(-1)的外源IAA和10μmol·L~(-1)的外源ABA处理下野生型和突变体叶夹角最大,且突变体对外源激素的响应比野生型更敏感。细胞学观察结果显示,与野生型相比,突变体叶枕部细胞数量均显著减少,bhlh112的切面细胞面积和长度增大,kn1的细胞形态出现无规则变化,细胞面积和长度均减小。在外源激素处理下,野生型和突变体叶枕部细胞明显伸长,细胞数量减少。5.利用转录组学分析发现,与野生型B73相比,bhlh112中与植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、环境适应能力等相关的基因表达量显著上调,而与遗传信息传递相关的基因,包括与DNA复制、核苷酸切除修复等相关基因表达量下调;kn1中与植物激素信号转导、植物MAPK信号通路、色氨酸代谢等相关的基因表达上调,与碳代谢、核苷酸切除修复、苯并噁嗪类生物合成等相关基因表达量下调。6.通过构建加权基因共表达网络,在bhlh112和B73中共得到15个模块,其中white模块与叶夹角表型的相关性最高。在该模块内共筛选到12个关键基因,这些基因主要与肽代谢过程、线粒体核糖体大亚基、植物病原相互作用、碳代谢相关。在kn1和B73ZD1839细胞培养中共得到4个模块,其中blue模块与叶夹角表型的相关性最高;在该模块内筛选到7个关键基因,BI 10773小鼠这些基因主要与细胞核、细胞膜、细胞壁生物发生过程以及植物病原相互作用相关。