油菜素内酯（BR）在植物发育过程中对株高、叶夹角、籽粒大小等性状的形成具有十分重要的作用。BR合成以及信号传导途径在拟南芥等模式植物中研究得比较清楚，但是在重要的粮食作物玉米中研究很少，其合成途径和信号传导途径的遗传调控网络尚未阐明，尤其是BR依赖的组织特异性转录因子基因网络的鉴定对玉米某个具体株型性状的改良具有关键作用。本项目在分离鉴定BR相关突变体的基础上验证BR合成关键基因（ZmD1）和信号传导关键基因（ZmBZR1）的生物学功能，然后以BR合成突变体(Zmd1)及BR信号传导突变体(Zmbzr1)为材料，首先构建玉米不同组织中BR调控的转录因子基因网络，进一步利用转录因子蛋白进核控制技术构建株高特异性且受ZmBZR1直接调控的转录因子基因网络，并以此为基础进一步挖掘鉴定相关转录因子基因的等位变异，为通过分子设计育种改良玉米株型提供理论和技术支撑。

Brassinosteroids (BRs) play an essential role in the formation of agronomic traits including plant height, leaf angle and grain size during plant development. BR biosynthesis and signal transduction pathway has been well characterized in Arabidopsis, but much less in maize, an important food crop worldwide, and the genetic network controlling BR synthesis and signaling awaits further investigation. In particular, it’s paramount to dissect the tissue-specific genetic regulatory network underlying BR-dependent plant architecture formation in maize, which will lay a foundation for utilizing molecular design-based breeding approach to increase grain yield. In this study, we will first characterize the biological function of BR synthesis gene ZmD1 and BR signaling gene ZmBZR1 using the corresponding mutants Zmd1 and Zmbzr1, respectively. Then, these two mutants will be used for constructing tissue-specific expression networks of the transcription factor genes using RNA-seq technology, including roots, stems, leaves, ears and kernels. Furthermore, we will identify the transcription factors which are both plant height-specific and directly regulated by ZmBZR1 using the system of DEX-mediated protein nuclear import and then construct the corresponding network. Lastly, we will identify the allelic variations of the transcription factor genes from the natural variation population and the EMS-mutagenized population. Thus, we will be able to offer the theoretical and technological measures for molecular design-based plant architecture improvement.

油菜素内酯（brassinosteroid, BR）是一类由27至29个碳原子组成的甾醇类化合物，是植物中的重要激素。BR在合成后会经过一系列信号传导过程调控功能基因的表达，从而影响植物的生长发育并参与对环境的应答反应。拟南芥中的研究发现bHLH 类转录因子BES1 (BRI1-EMS SUPPRESSOR1) 和 BZR1 (BRASSINAZOLE RESISTANT 1), 位于BR信号途径下游直接调控目标基因表达。BR合成和信号传导通路及其对植株生长发育调控在玉米中的研究报道还很少。本项目中旨在开展玉米BR合成基因及玉米BZR1转录因子的克隆和功能分析，并建立BZR1转录因子组织特异性的基因调控网络，从而为玉米优异株型的筛选奠定基础。取得的主要研究结果如下：1获得了玉米BR合成候选基因ZmCYP90D2（ZmD1）的EMS突变体，该突变体株高比野生型降低了43%，叶片较短、较宽，发生卷曲，叶色深绿，进一步通过对野生型植株ZmD1进行CRISPER编辑，突变体植株也出现上述明显表型，表明ZmD1及其合成的BR对玉米植株的生长发育具有重要的调控作用；2 克隆了玉米BZR1同源蛋白ZmBZR1-3，并对其亚细胞定位、基因表达模式等分子特征进行了分析，在对叶片施加BEL分析中发现ZmBZR1-3均在2-4h 出现转录水平上调，表明玉米BZR1对BR信号存在应答；3 将ZmBZR1-3分别在35S启动子驱动下在拟南芥野生型材料中进行了过表达，纯合的转基因材料表现出叶片变大，株高增加，开花提前等表型，这些结果初步表明ZmBZR1-3具有调控植株生长发育的重要作用；4在野生型玉米中对ZmBZR1-3进行了CRISPER编辑，并分别获得单、双突变体，目前正在进行详细的表型分析；5 分别将ZmBZR1-3 N端融合Flag标签在玉米Ubi启动子驱动下在玉米野生型材料中进行过表达，目前已获得纯合的株系，接下来进一步利用ChIP-seq技术获得其下游调控基因信息，从而构建玉米BR信号调控网络；6 分别获得了ZmBZR1-3 C端融合GR的转基因植株，为利用植株生长发育的不同时期局部喷施地塞米松来调控玉米株型奠定基础。研究玉米BR合成及信号途径，解析其遗传调控网络，阐明BR调节株型发育的分子机理，对通过调控株型发育而提高玉米产量有着重要的理论和实践意义。