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矮秆作物品种的问世成为20世纪60年代“绿色革命”一个里程碑,导致全球小麦和水稻产量增加了近1倍。培育矮秆作物最直接和有效的策略是降低作物内源赤霉素（GA）水平。GA 2-oxidase（GA2ox）是高等植物体内赤霉素代谢途径的关键限速酶,其能通过β羟基化作用将活性GA催化形成无活性的GA,进而维持植物体内的赤霉素平衡。已有相关研究成功的通过加速活性GA向非活性GA的转化进程,降低了转基因水稻的株高,并最终提高了转基因水稻的产量。此外,有证据表明GA在植物响应干旱胁迫中发挥着重要的调控作用。在以前的研究中证实,在干旱胁迫下,常常伴随着活性GA含量显著下降。过表达GA2ox家族成员可以提高植物的抗旱能力,但其分子机制尚不清楚。本研究克隆了拟南芥AtGA2ox1基因,并将其在玉米中表达,通过生理生化及转录组学等方法研究转AtGA2ox1基因对转基因玉米生长发育及抗旱能力的影响。分析了利用钝化玉米体内生物活性GA的办法改良玉米性状的策略的可行性。主要研究结果如下:1.克隆了拟南芥AtGA2ox1基因,在玉米中转AtGA2ox1基因,降低了转基因玉米内源GA1的含量,获得了具有半矮化性状的转基因玉米。2.转AtGA2ox1基因改变了转基因玉米茎细胞形态,转基因玉米茎中细胞显著变小,单位面积内密度增大,维管束细胞发生明显的形变。3.转AtGA2ox1基因,使转基因玉米的叶绿素含量与对照相比提高了最多2倍,根冠比最多提高了1.8倍。4.转录组分析表明,在转基因玉米中共有3 024个基因表达模式发生改变。转AtGA2ox1基因改变了转基因玉米内源GA的代谢途径,并且涉及植物的抗逆境胁迫相关DEGs及多种转录调控因子被富集,影响了转基因玉米的生长发育及抗旱能力。5.转AtGA2ox1基因提高了转基因玉米的抗旱能力,结合转录组数据及生理生化实验结果发现,转基因玉米抗旱能力的提高主要是通过增强抗渗透胁迫能力与活性氧清除能力的提高来达到的。6.通过2个生长季的田间调查发现,转基因玉米表现出更高的收获指数（与对照组相比提高了9%-17%）及产量（比对照提高了10%-14%）。