【研究背景】植物表皮在调节呼吸作用、光合作用、热量散失和水分利用等方面发挥着重要作用。在拟南芥等双子叶植物中,气孔发育机理研究取得喜人成绩,前人研究报道了非常重要的3个b HLH正调转录因子SPCH、MUTE和FAMA,它们在气孔系细胞分裂与分化的不同阶段进行特异表达,分别与另外两种转录因子SCRM1/ICE1和SCRM2/ICE2形成异二聚体,共同调控气孔细胞系在3次细胞分裂阶段的细胞形态转换和变化,发育形成气孔复合体。但是在单子叶植物,尤其是禾本科植物玉米中调控表皮形态建成的基因研究较少,调控机理更是悬而未决。因此研究禾本科植物的气孔,了解气孔复合体的结构、发育过程及调控网络,将在培育能提高水分利用效率,创制抗旱、耐热的农作物新品种方面具有重要的应用价值。【材料与方法】利用EMS化学诱变剂诱变玉米(Zea Rodent bioassaysmays)自交系LY49花粉,后代筛选分离到气孔密度和气孔指数极显著降低突变体zmscrm2-1 (inducer of cbf expression2),构建遗传群体,并利用BSA-seq和图位克隆的方法,定位到候选基因Zm SCRM2,结合反向遗传学方法,从MEMD突变体库获取了等位变异突变体zmscrm2-2和zmscrm1-1。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术创制了ZmSCRM1和ZmSCRM2不同变异类型的等位突变体。【结果与分析】研究结果表明,从诱变后代分离到1个单基因隐性遗传突变体zmscrm2-1,相比对照LY49,zmscrm2-1植株矮小,叶片黄化,育性降低,Dinaciclib生产商叶气孔密度和气孔指数极显著降低,打破了一个气孔间隔一个表皮长细胞的排列模式,大部分气孔停滞于保卫细胞母细胞发育阶段,未能形成正常的气孔,植株抗旱性增强;zmscrm2-1与B73杂交构建遗传群体,图位克隆到候选基因Zm SCRM2,通过与突变体库中zmscrm2-2等位杂交,以及利用CRISPR–Cas9基因编辑获得不同类型等位突变体569-1、569-2和569-3等(B104背景),对其表型鉴定发现,编辑后代纯合体都有气孔异常表型,与zmscrm2-1和zmscrm2-2表型类似,且抗旱性增强,充分证明了Zm SCRM2调控玉米气孔系细胞起始发育和逆境胁迫过程。同时,利用双分子荧光互补实验,说明ZmSCRM2与ZmSPCH、ZmMUTE、ZmFAMA和ZmSCRM1能相互作用,亚细胞定位位于细胞核中。zmscrm2-1的转录组分析表明,ZmSCRM2主要通过影响细胞分裂和分化来调控气孔发育,参与玉米表皮形态建成过程。【结论】本研究获得了1个气孔密度极显著降低突变体zmscrm2-1,对其进行了精准表型鉴定、遗传效应分析、基因克隆和功能验证,证明了Zm SCRM2参与调控气孔起始发育和逆境胁迫过程,控制由拟分生组织向保卫细胞母细胞,保卫细胞母细胞向保卫细胞发育过程,KD025基因功能缺失导致气孔密度和气孔指数均比对照极显著降低。