玉米是我国重要的粮食作物,其产量与农业经济息息相关。干旱、高温等逆境胁迫会严重影响玉米的产量和质量。随着生物技术的快速发展,通过基因工程等手段提高作物在干旱环境下的抵抗能力,培育具有较强抗逆性的新品种已成为当前植物遗传改良的研究热点。本研究以玉米自交系昌7-2与其突变体m716为材料,对三叶一心期的玉米叶片进行失水率与相对含水量的测定;对C7-2和m716分别进行干旱处理,并进行气孔、茎横向切片、光合作用和抗旱生理指标的观察与测定;对C7-2和m716脱水处理后,进行RNA-seq分析和q RT-PCR验证,筛选出候选基因ZmTHX15。为了初步研究该基因的功能,采用生物信息学方法对玉米Trihelix转录因子家族进行了分析,之后又构建ZmTHX15的过表达载体并转化野生型拟南芥进行基因功能的初步探索,对干旱条件下过表达与野生型植株进行表型观察与耐旱性测定。主要研究结果如下:(1)m716比C7-2具有更强的耐旱性。对正常生长与干旱处理条件下的C7-2和m716植株进行抗氧化酶、渗透物质和MDA等生理指标的测定,发现m716较C7-2在干旱条件下抗氧化酶活性更高,渗透物质积累更多,MDA生成更少;叶片失水统计分析发现,m716叶片失水速率较C7-2慢;气孔分析发现m716的气孔密度仅为C7-2的0.6倍左右;木质部导管观察分析发现,干旱条件下m716的导管密度更小,内径更大,更易发生栓塞以降低水分散失速率,使其更耐旱;光合指标测定结果表明,m716的叶绿素荧光指数和净光合速率均较C7-2更高,胞间CO_2积累更少,这说明在干旱条件下随着气孔的关闭,m716更能充分利用细胞间的CO_2,维持光合作用的稳定。(2)RNA-seq分析鉴定出1975个在m716中上调表达的基因。在脱水处理下,m716中有1975个基因上调表达。GO分析和KEGG分析结果显示,这些差异基因主要在响应非生物胁迫、ABA介导的信号转导、蛋白磷酸化等途径中显著富集。通过q RT-PCR对部分差异基因进行验证,筛选出可能响应干旱胁迫的基因ZmTHX15作为进一步研究的候选基因。(3)基因家族分析表明,ZmTHX15响应干旱胁迫。对ZmTHX15所属的基因家族进行鉴定,共得到46个Trihelix基因。其成员分为CL13900分子式5个亚族:GT-1、GT-2、GTγ、SH4和SIP1。对该家族进行顺式元件分析,发现包括ZmTHX15在内的许多基因都具有ABRE、DRE、MBS等与干旱胁迫响应有关的顺式作用元件。基因差异表达热图显示ZmTHX15等基因在干旱条件下被强烈诱导,表达量显著上升,说明ZmTHX15参与了植物对干旱胁迫的响应。(4)过表达ZmTHX15转基因拟南芥提高了对干旱胁迫的耐受性。为探究ZmTHX15的功能,我们构建了过表达ZmTHX15的转基因拟南芥植株,对其进行干旱处理并进行耐旱性鉴定。结果显示在干旱条件下,过表达ZmTHX15转基因拟南芥植株较野生型保水能力更强,抗氧化酶活性更高,渗透物质积累更多,受到的氧化伤害程度更轻,耐旱性更强。综上,本实验通过干旱处理、生理指标测定、immune memory气孔分析和导管分析等实验,发现m716较C7-2更耐旱。通过RNA-seqCCRG 81045溶解度分析和q RT-PCR验证,筛选出候选基因ZmTHX15,该基因属于Trihelix转录因子家族。对该基因所属家族进行生物信息学分析,发现ZmTHX15等许多基因都含有干旱胁迫有关的响应元件,并且在干旱处理时被强烈诱导表达。对ZmTHX15转基因拟南芥进行耐旱性测定,发现ZmTHX15可提高转基因植株的耐旱性。总之,本研究不仅为玉米耐旱遗传育种提供了理论支持和基因资源,也为解析玉米耐旱调控网络提供了新线索。