玉米(Zea mays L.)作为我国重要的粮食和饲料作物,许多种植区都存在着不同程度的干旱、盐和重金属等非生物胁迫,影响玉米生长发育,降低籽粒品质,减少玉米产量。细胞壁是植物对抗外部环境胁迫的第一道屏障,由纤维素(cRAD001半抑制浓度ellulose)、半纤维素(hemicellulose)、木质素(lignin)、果胶(pectin)等多糖构成,它们不仅在绿色植物生长进程中决定了细胞发育的主要方式,也在保护细胞对抗外部逆境中起重要作用。核苷酸糖转化酶(nucleotide sugar interconversion enzymes,NSEs)提供细胞壁多糖合成的底物。目前,在植物中鉴定出11个NSEs蛋白家族,其中尿苷二磷酸半乳糖/葡萄糖基转化酶(UDP-glucose 4-epimerase,UGE)、尿苷二磷酸木糖异构酶(UDP-D-xylose4-epimerase,UXE)、尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶(UDP-glucose dehydrogenase,UGD)和尿苷二磷酸-葡萄糖醛酸4-差向异构酶(UDP-D-glucuronic acid 4-epimerase,UGlcAE)是NSEs家族中四个主要成员,但在玉米中还未见报导。本文对玉米ZmUGEs、ZmUGDs、ZmUXEs、ZmUGlcAEs基因家族进行鉴定、生物信息学与转录组分析,利用RT-qPCR对基因表达进行验证,并对ZmUGEs进行基因功能初步鉴定。主要研究结果如下:(1)基因家族selleck产品鉴定与生物信息信学分析表明,玉米中,有4个UGE基因家族成员,分别分布在1、2、7号染色体上,均具有8个保守基序,含有8个内含子;有3个UGD家族成员,分布在1号和5号染色体上,均只有一个大的外显子,存在6个保守基序,;有4个UXE家族成员,分别分布在1、2、9、10号染色体上,ZmUXEs基因家族有10个外显子,该家族成员均存在10个保守基序,其中motif11是其特有保守基序;有4个UGlcAE家族成员,分布在5、6、9号染色体上,均只有一个大的外显子,存在4个相同保守基序。对玉米四个家族基因的外显子-内含子结构分析发现,ZmUGDs和ZmUGlcAEs基因结构相似,均只有一个大的外显子,ZmUGDs和ZmUGlcAEs家族各有一对片段复制基因,分别为ZmUGD2/ZmUGD3和ZmUGlcAE2/ZmUGlcAE3,二者Ka/Ks比值均小于1,说明ZmUGDs和ZmUGlcAEs两个家族在进化过程中可能经历了强烈的进化选择压力。(2)转录组分析表明,这四个基因家族均参与玉米对干旱胁迫、盐胁迫、镉胁迫的响应,但不同家族成员间存在差异:ZmUGE1在三种胁迫下表达量都较高,ZmUGE2和ZmUGE3在干旱胁迫表达量较高,ZmUGE4在镉胁迫及干旱胁迫下表达量略高;ZmUGD2和ZmUGD3在干旱胁迫下显著表达;ZmUXE2在盐胁迫下表达量较高,其ZmUXE1、ZmUXE3及ZmUXE4在干旱胁迫下显著表达;ZmUGlcAE1、ZmUGlcAE2、ZmUGlcAE3均在干旱胁迫下有显著表达。各家族成员在表达部位上也存在差异,ZmUGE1在叶片中表达量逐渐上调,并且在授粉后12天时表达量达到最高,ZmUGE2和ZmUGE3在种子中表达量较高。ZmUGlcAE3在节间中的表达量随授粉天数增加呈上调趋势,ZmUGD2、ZmUGlcAE1、ZmUGlcAE4、ZmUXE1和ZmUXE3均在根中有较高表达量。(3)RT-qPCR分析表明,ZmUGE1和ZmUGE4在干旱胁迫下表达量先上调后下调,ZmUGE1和ZmUGE2在盐胁迫下表达量上调,ZmUGE4表达量先上调后下调,在12h达到最高值abiotic stress,在ABA处理下,ZmUGE3在6h表达量达到最高,之后又下调。ZmUGD2和ZmUGlcAE3在干旱胁迫下表达量受到严重抑制;ZmUGD2受到盐胁迫显著诱导,并且诱导强度随着胁迫时间增加而显著增强,在24h达到最高;ZmUXE4在Cd胁迫下表达量显著上调,在12h表达量达到最高;ZmUGlcAE2、ZmUGlcAE3、ZmUGlcAE4在ABA处理下表达量先被抑制,之后又逐渐上调。(4)根据RT-qPCR分析结果,发现UGE基因家族在不同胁迫处理下均有响应,因此选择UGE基因进行基因功能初步分析。在干旱、盐及Cd胁迫处理下,对超表达转基因拟南芥的萌发率、根长及鲜重进行测定,表明ZmUGE1、ZmUGE2、ZmUGE4轻微增加了转基因拟南芥的耐旱性,当PEG浓度过高时,差异变得不显著;ZmUGE1和ZmUGE2表现出较强的耐盐性;ZmUGE1和ZmUGE4表现出较强的耐Cd性。