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玉米是重要的粮食、饲料和工业原料,在我国国民经济中占有重要的地位。玉米果穗作为库器官,其大小直接决定产量高低。玉米穗轴发育突变会改变果穗大小、穗行数和行粒数等,从而影响玉米产量。因而鉴定和克隆穗轴发育突变基因,发掘玉米雌穗发育过程中决定穗行数性状的关键基因位点,对培育高产玉米新品种有重要意义。本研究以Maizegdb突变体库订购的Mu转座子插入突变体为材料(遗传背景为W22),通过多代自交筛选获得遗传稳定、表型明显的穗轴扁平突变体ccf-1(corn cob fasciation 1),UniformMu 编号为 UFMu-07360,通过对突变体的表型鉴定,遗传分析,Mu插入位点检测,突变基因的定位,转录组测序,候选基因的克隆比对等,以期克隆导致突变体表型的基因,为穗轴发育分子机理的解析奠定基础。取得的主要研究结果如下:1.形态学鉴定和组织扫描电镜分析发现:突变体ccf-1雌穗与对照W22相比差异明显,表现为雌穗穗尖分生组织增生,存在多个生长点,且呈不规则封闭环状排列。穗上部膨大显著,穗行数紊乱,在幼穗生长至1-2 cm时即可观察到表型。经过表型鉴定和拷种分析发现:突变体ccf-1果穗与对照相比在穗长、扁化部位穗粗、扁化部位轴粗,扁化部位穗行数等均呈显著或极显著差异,表明突变基因对果穗的生长发育有明显的影响,总趋势是果穗增大,穗上部扁化增粗,穗行数增加,百粒重减小。2.Mu插入位点检测结果表明,Maizegdb数据库公布的插入位点均不是导致表型变异的主因:Maizegdb数据库公布的突变体ccf-1中共存在7个插入位点,实际检测到5个插入位点,分别为mu1056077::Mu(exon1)、mu1033815::Mu(5’UTR)、mu1037462::Mu(5’UTR)、mu1057087::Mu(exon)、mu1055340::Mu(5’UTR+intron),其中仅有mu1055340::Mu为纯合插入位点,对纯合插入位点所在的基因进行扩增测序,证明其确为纯合插入,但与分离群体隐性单株进行表型共分离检测发现其与表型并不关联,且插入位点所在基因的其他Mu突变体种子并无ccf-1表型,确定该突变体并非由这个位点的Mu插入导致,另外4个插入位点分别位于UTR及外显子区,但并非是纯合插入,表型变异跟这4个位点也不关联。3.以B73及ccf-1为亲本,构建F2分离群体,结合田间表型鉴定和遗传分析,结果表明:ccf-1是受单基因控制的隐性变异。利用图位克隆策略将突变基因定位在玉米第4号染色体4.01bin的insert101-insert121区段内,两个分子标记之间的遗传距离为0.4 cM,物理距离约为1.5 Mb。同时,该区段内不存在Maizegdb公布的Mu插入位点,进一步证明突变体并非由公布的Mu插入位点的突变引起。4.突变体及对照穗尖RNAseq结果表明:突变体ccf-1的2 mm穗尖样品与对照组W22间共检测到5,654个差异表达基因。GO分析表明:GO:0008150(biological process),GO:1903293(phosphatase complex),G0:0008287(protein serine/threonine phosphatase complex),GO:0001071(nucleic acid binding transcriptio n factor activity),GO:0003700(transcription factor activity,sequence-specific DNA binding),GO:0043565(sequence-specific DNA binding)等显著富集。KEGG分析表明,9个Pathway的P value值小于0.05,分别与植物病原菌的相互作用、半乳糖代谢、植物激素信号转导、光合作用-天线蛋白质类、次生代谢产物生物合成、萜类化合物骨架生物合成、氮代谢等信号途径相关。5.候选基因克隆及序列分析:利用生物信息学方法对定位区段内的RNAseq数据进行了分析,共找到4个SNP及3个差异表达基因,涉及4个基因。对这些基因的克隆和序列比对发现,突变体ccf-1及野生型W22比未发生序列变异,表明突变体是由区段内其他基因突变所致。定位区段中存在较多重复序列和未测通的序列gap,为候选基因的筛选、标记开发及基因克隆增加了难度。