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甲基乙二醛（Methylglyoxal,MG）是一种细胞毒素代谢副产物,广泛产生于糖、氨基酸、丙酮等代谢过程。它可通过蛋白质的糖基化修饰和不可逆交联影响蛋白、核酸、脂质分子的结构和功能,导致细胞损伤甚至死亡。乙二醛酶系统是MG的主要清除途径,可以将甲基乙二醛转化为乳酸,参与植物的生长发育调节,并在非生物胁迫响应中发挥重要作用。本研究根据玉米响应MG处理的转录组学分析,筛选到一个MG表达上调的乙二醛酶II基因。通过RT-PCR从玉米自交系B73基因组中同源克隆该基因,命名为ZmGLYⅡ-2。对该基因的序列特征、表达特性及其生物学功能进行了系统分析和鉴定。主要研究结果如下:序列分析表明,该基因的CDS全长777bp,编码长258个氨基酸的肽链,预测蛋白分子量为28755.8Da,等电点为5.67,含有有金属β-内酰胺酶中保守的离子结合基序（THXHXDH）和活性位点（C/GHT）。蛋白序列比对及进化分析表明,ZmGLYⅡ-2及其直系同源蛋白是植物基因组中广泛存在的一个乙二醛酶II家族成员,高粱同源蛋白与之相似性最高。构建35S::ZmGLYⅡ-2-GFP植物融合表达载体后,利用农杆菌侵染法在烟草叶片表皮细胞中瞬时表达,通过激光共聚焦显微镜观察融合蛋白的分布,结果表明玉米ZmGLYⅡ-2蛋白定位于细胞质和细胞核中。利用qRT-PCR分析了玉米ZmGLYⅡ-2基因的表达特性。结果表明,ZmGLYⅡ-2基因表达存在组织特异性,在玉米幼苗叶中的表达量较高,而在根中和茎中的表达量相对较低。受干旱、盐、MG和高温胁迫后,ZmGLYⅡ-2表现出诱导表达。脱落酸、茉莉酸甲酯和水杨酸也能显著上调ZmGLYⅡ-2基因的表达水平,而乙烯处理后ZmGLYⅡ-2基因的表达水平下调。超表达ZmGLYⅡ-2基因能增强转基因植株对MG的耐受性。在不同浓度MG处理条件下,超表达ZmGLYⅡ-2转基因本生烟种子的萌发明显快于野生型,萌发后转基因幼苗对MG的耐受性也显著高于野生型。成株的离体叶盘实验在MG处理下的失绿程度明显低于野生型,其叶绿素含量明显高于野生型。超表达ZmGLYⅡ-2基因能增强转基因植株对干旱和盐胁迫的耐受性。在甘露醇模拟干旱和氯化钠盐胁迫条件下,转基因本生烟幼苗根的生长明显快于野生型。在甘露醇或氯化钠溶液中转基因成株离体叶盘失绿明显慢于野生型,叶绿素含量明显高于野生型。叶片组织化学染色和生理测定表明,胁迫条件下转基因烟草叶片染色更浅,说明H2O2和O2-的积累显著低于野生型,而抗氧化酶活性及相关基因的表达水平高于野生型,胁迫条件下转基因烟草中丙二醛及MG含量均低于野生型,干旱胁迫下转基因植株中的脯氨酸含量明显高于野生型,暗示其受渗透胁迫损伤更小。同时,在干旱和盐胁迫条件下ZmGLYⅡ-2转基因烟草叶片的气孔开度显著低于野生型。以上结果说明,ZmGLYⅡ-2基因的表达水平上调是玉米耐受非生物胁迫的重要分子机制,MG的及时清除能够有效提高胁迫条件下植株的抗氧化能力和水分保持能力。