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玉米中氮的吸收利用效率与玉米的产量直接相关,在影响玉米氮效率的诸多因素中,苗期的根系性状与吸氮能力密切相关。生长素应答因子（Auxin response factor,ARF）,是一类受生长素调节的转录因子,在生长素信号传导途径中起着重要的作用,影响植物生长的多个过程,包括细胞伸长、顶端优势、衰老以及调控植物根系的生长发育等。为了解玉米生长素应答因子ZmARFs家族基因是否在硝酸盐介导的调控根系生长途径中发挥作用,本研究以玉米自交系掖478、武312以及掖478×武312 RIL群体为材料,分析在0.04、0.4、4.0和10.0 mM的硝酸盐浓度下,玉米生长素应答因子基因家族（ZmARFs）31个基因在掖478、武312根中的表达模式,克隆部分家族基因并鉴定基因功能,进行基于ZmARF21基因与掖478×武312 RIL群体根系表型的关联分析,鉴定ZmARF21是否是与根系性状相关联的QTL。研究结果显示:1)在不同玉米自交系根中,ZmARFs家族基因对不同NO3-离子浓度的应答模式显著不同。被检测的22个家族基因中,掖478的根中有21个基因被NO3-处理诱导表达,武312根中,有12个基因对NO3-离子浓度无应答,表明ZmARFs家族基因在掖478根中对氮处理更敏感。在能够对NO3-离子做出应答的基因中,掖478中有8个基因对10 m M NO3-离子浓度无应答,武312中有7个基因对10 mM NO3-无应答,表明ZmARFs家族基因对低氮处理更敏感。2)从不同玉米自交系中分离了推测与调控玉米根系生长发育的主要QTL区域相关联的ZmARF9、ZmARF21和ZmARF23基因。基因功能分析显示,超表达ZmARF21基因调控转基因拟南芥主根生长,并且来自不同玉米自交系的ZmARF21基因存在功能上的差异。其中Ye478-ZmARF21基因提高转基因拟南芥在低氮胁迫下根生长能力。3)在两个亲本自交系中的序列多态性分析显示,ZmARF21在两个亲本中存在插入缺失变异,基于掖478和武312中的序列差异设计分子标记（Marker）,整合这些Marker到基于掖478×武312RIL群体构建分子标记图谱中,确定ZmARF21落在6号染色体的umc1006标记区域,而此标记与玉米根系（包括节根、侧根和主根）生长发育相关。4)分析掖478×武312 RIL群体中ZmARF21差异片段多态性,获得A（掖478）、B（武312）、AB（掖478和武312）三种带型。分析表明:A、B和AB三种带型对应的种子根数、主胚根长、种子总根长、节根数和侧根数5个根系表型数据在正常氮（4 mM）和低氮（0.04 mM）处理下没有显著差异,但节根长显著性分析显示,三种带型所对应的节根长有一致性的变化规律,即在低氮处理下节根长均显著大于正常生长条件,表明这些差异序列的存在显著影响玉米在低氮条件下节根长。5)关联分析表明,A、B和AB这三种带型对节根长的贡献率不同,分年度结果显示,A型对节根长的贡献率分别为3.15%、2.87%和3.21%,B型对节根长的贡献率分别为0.45%、0.76%和0.53%,AB型对节根长的贡献率分别为1.15%、1.28%和1.07%。比较分析,A型对节根长的贡献率最大,B型对节根长的贡献率很低,AB型对节根长的贡献率介于两者之间。A型只存在于根系发达的掖478中,B型只存在于根系不发达的武312中,基于这些实验结果,推测ZmARF21基因与玉米根系表型存在相关性。综上所述,ZmARF21调控玉米在低氮胁迫下根系生长,并且定位在玉米6号染色体上与根系生长相关的分子标记区域,关联分析显示ZmARF21与根系节根长有显著相关性,推测ZmARF21在玉米中是一个与根系性状相关联的QTL。