玉米(Zea mays L.)起源热带和亚热带地区,是我国重要粮食及工业原料。气候变化促使我国作物气候带北移,玉米种植面积扩大的同时,也增加了农业生产的不确定性和不稳定性。春季反常低温严重威胁玉米种子的萌发出苗,已成为影响玉米生产的主要气候限制因素之一。挖掘耐低温萌发关键基因并开展其功能研究对培育耐低温萌发能力强的LY2157299 IC50玉米新品种具有重要意义。课题组前期通过QTL定位挖掘到ZmSE1B基因,并发现ZmSE1B在种子低温萌发过程中受低温诱导。SE(SERRATE)在翻译水平调控植株发育和逆境胁迫的分子机制已被广泛研究,但其在转录水平调控种子耐低温萌发能力的分子机制尚未明确。本文利用ZmSE1B超表达玉米探究ZmSE1B在转录水平调控玉米种子耐低温萌发的功能,通过联合分析RNA-Seq和CUT&Tag数据,筛选到ZmSE1B潜在靶基因ZmGRXCC17,最后利用ZmGRXCC17遗传转化材料对靶基因在低温萌发中的功能进行初步探究。主要结论如下:1.ZmSE1B蛋白正向调控种子耐低温萌发能力。对常温和低温萌发过程中ZmSE1B表达特征进行分析,发现该基因受到低温诱导。同时利用ZmSE1B超表达玉米材料进行低温萌发试验和抗冷试验,结果表明,ZmSE1B超表达玉米材料与野生型在25℃条件下萌发表型无明显差异,低温条件下超表达材料种子萌发率、根长和芽长显著优于野生型。亚细胞定位结果显示,ZmSE1B蛋白分布在细胞核中,可能作为转录因子调控玉米种子的耐低温萌发能力。2.ZmSE1B蛋白在转录水平调控ZmGRXCC17基因的表达。联合分析ZmSE1B超表达原生质体的RNA-Seq、CUT&Taq以及低温萌发种胚的RNA-Seq数据,并结合文献和基因功能区域特征的注释,进一步发现3个候选基因可能在玉米种子低温萌发过程中受到ZmSE1B调控。利用双荧光素酶报告系统对候选基因启动子活性进行鉴定,发现618 bp长ZmGRXCC17启动子启动(-618)的荧光素酶被ZmSE1B上调2.24倍,而412 bp启动子片段(-412)则被下调至0.69倍。进一步利用Ch IP-q PCR证明ZmGRXCC17启动子上所鉴定DNA片段在ZmSE1B-GFP超表达材料内的富集程度较GFP对照材料升高4.4倍,验证了双荧光素酶报告系统结果Herbal Medication。3.ZmGRXCC17在水稻种子耐低温萌发过程中发挥重要作用。亚细胞定位结果表明,ZmGRXCC17蛋白主要分布在细胞质和细胞核中。对ZmGRXCC17在正常萌发和低温萌发过程中的表达量进行分析,发现该基因表达在低温萌发种胚中受到诱导。利用ZmGRXCC17超表达水稻进行低温萌发试验,发现25℃条件下,超表达材料与野生型表型无明显差异,但是在15℃低温条件下,超表达水稻种子萌发率、根长和芽长显著高于野生型,说明在低温胁迫条件下,超表达ZmGRXCC17能够增强种子的耐低温萌发能力。综上所述,本文利用ZmSE1B超表达更多玉米及ZmGRXCC17超表达水稻材料,明确了两者在种子耐低温萌发中的功能;并通过组学和分子生物学技术,发现ZmSE1B通过转录调控ZmGRXCC17增强种子的耐低温萌发能力。研究结果不仅为揭示ZmSE1B调控种子耐低温萌发的分子机理奠定了理论基础,同时为培育耐低温玉米新品种提供优异基因或种质。