玉米是世界三大农作物之一,我国玉米产量占据世界总产量的22%,但是,我国玉米单产仅为美国的一半左右。由于需求量大,平均每年我国要进口400万吨的玉米。玉米的主要利用部分是玉米籽粒,用于饲养动物和生产乙醇,因此,对玉米籽粒发育调控机理的了解,可以使我们从认识胚和胚乳的发育、淀粉和蛋白质合成等基础科学问题入手,通过现代生物学技术实现玉米的品种改良,进一步地提高玉米产量和改善玉米的蛋白品质,从而解决我国的玉米缺口问题,实现我国农业的可持续发展和粮食安全的保证。为挖掘调控玉米籽粒发育和储存物质合成的关键基因,一方面,采用反向遗传学方法,根据玉米籽粒发育的转录组数据,我们挑选了玉米胚乳特异表达的NAC转录因子进行敲除。敲除NAC转录因子后,玉米种子变瘪,淀粉合成减少,百粒重下降,蛋白含量也下降,说明这两个转录因子协调调节了玉米的籽粒发育和储存蛋白的合成。另一方面,利用正向遗传学方法,我们获得了20个由EMS化学诱变产生的籽粒发育缺陷突变体。这些突变体的籽粒发育停滞的时期不同,暗示这些突变基因可能在玉米籽粒发育的不同阶段发挥重要的调控功能,有利于我们全面阐明玉米籽粒发育的全貌。为加速挖掘这些突变体的突变基因,我们利用高度发展的下一代测序技术,将混池取样与外显子组测序和转录组测序等技术相结合对这些突变体同时进行克隆,并且开发了一套自动化运行的高通量测序数据分析软件。通过运行这套自动化软件,我们克隆获得了18个突变体的候选基因,目前已经通过等位测试完成了9个候选基因的验证。结合正反向遗传学,这些关键基因的挖掘为我们阐明玉米籽粒发育和储存物质合成的分子机理提供了切入点。