玉米是世界上被广泛种植的作物之一。玉米淀粉合成是主要发生在胚乳中的生理活动,直接影响玉米产量,是―库‖形成的关键;玉米光合作用是主要在叶片中进行的将光能转化为化学能的过程,是―源‖形成的基础。已有研究表明,玉米胚乳淀粉合成以及光合作用相关基因的表达分别受一些转录因子的调控。尚无研究发现既能促进胚乳淀粉合成又能促进叶片光合作用的转录因子。另一方面,在动物中已发现大量RNA结合蛋白也能像转录因子一样在转录水平上起作用。尚无研究明确报道植物中的RNA结合蛋白参与转录调控。本研究发现一个RNA结合蛋白Zm SPRP1既能在胚乳中促进淀粉合成关键酶基因表达,又能在叶片中促进大量光合作用相关基因表达。本研究还验证了Zm SPRP1对RNA的结合特性。本研究有助于进一步完善淀粉合成及光合作用转录调控网络,为―强源扩库‖增加玉米产量提供理论依据。主要研究结果如下:1.通过生物信息学分析在玉米基因组中筛选到45个编码含KH结构域蛋白的基因和299个编码含RRM结构域蛋白的基因。通过分析前人对玉米各组织进行的RNA-seq数据,发现11个编码含KH的蛋白的基因和14个编码含RRM的蛋白的基因在胚乳中的表达量较高,其中的一些基因在玉米叶片中也有较高表达。我们从编码两种类型的RNA结合蛋白的基因中,各挑选5个作为下一步研究的候选基因。2.RNA结合蛋白也能像转录因子一样在转录水平上起作用。为了分析筛选的10个候选基因是否对淀粉合成相关基因及光合作用相关启动子活性具有促进作用,我们将10个编码RNA结合蛋白的基因的编码区克隆到p BI221瞬时过表达载体中,分别与淀粉合成及光合作用相关基因启动子驱动Luc基因的报告载体一起,用基因枪轰击法转入玉米胚乳,从10个候选RNA结合蛋白中筛选到一个含有KH结构域的蛋白能促进淀粉合成及光合作用相关基因启动子活性,我们将该蛋白命名为Zm SPRP1。半定量发现Zm SPRP1基因在籽粒中表达量最高,在叶片中也有较高表达。RNA原位杂交发现Zm SPRP1基因在胚乳中高表达。3.为了进一步寻找淀粉合成相关基因启动子中响应Zm SPRP1调控的DNA区段,我们构建了Zm GBSSI和Zm BT1基因的启动子系列缺失载体（由缺失部分片段的启动子驱动Luc表达）。通过基因枪轰击法转化玉米新鲜胚乳,发现Zm GBSSI启动子中一段95bp的区域（-137到-42）,以及Zm BT1启动子中一段218bp区域（-1386到-1167）响应于Zm SPRP1的调控。随后,我们采用酵母单杂交实验进一步验证了Zm SPRP1对这两段区域的结合特性。结果表明Zm SPRP1能结合Zm BT1启动子中这段218bp的区段。但未能发现在酵母中Zm SPRP1结合Zm GBSSI启动子中这段95bp的区段。4.为了验证Zm SPRP1在细胞中的定位情况,我们构建了表达Zm SPRP1-e GFP融合蛋白的载体,并用基因枪轰击洋葱内表皮细胞。结果表明Zm SPRP1在洋葱的细胞核、细胞质和细胞膜都有分布。随后,我们再将表达Zm SPRP1-e GFP融合蛋白的载体转化叶片原生质体。结果表明,在叶片细胞中,Zm SPRP1不仅能定位在细胞核、细胞质和细胞膜,还定位在叶绿体中。为了研究Zm SPRP1在叶片细胞中是否对基因表达有调控作用,我们将瞬时过表达Zm SPRP1的载体转化叶片原生质体,并进行了转录组测序。结果表明,Zm SPRP1能促进大量与光合作用相关的基因的表达,而且许多上调基因属于叶绿体基因组。随后我们构建了部分上调基因启动子驱动LUC表达的报告载体,并与过表达Zm SPRP1的载体一起转化叶片原生质体。结果表明,Zm SPRP1能提高光合作用相关的基因的启动子活性。5.为了寻找Zm SPRP1的相互作用蛋白,我们通过酵母双杂交筛库得到一些与转录和转录后调控相关的蛋白,并对其中3个做了点对点验证。在已进行了对点验证的3个互作蛋白中,其中一个为含KH结构域RNA结合蛋白Zm PEPPER;另一个则编码一个5’-3’核酸外切酶;此外,Zm SPRP1能与自身发生相互作用,可能形成同源二聚体。随后的基因枪轰击法转化胚乳实验表明,与Zm SPRP1相互作用的RNA结合蛋白Zm PEPPER也能促进Zm BT1启动子活性,并且与Zm SPRP1表现出协同作用。6.Zm SPRP1含有两个与PCBP1蛋白高度同源的KH结构域。PCBP1能结合一段富含C的RNA。酵母三杂交实验表明Zm SPRP1也能结合这段被报道过的C-rich RNA,此外还能结合Poly（A）RNA。随后,我们通过体外转录合成158bp的Poly（A）RNA,对授粉后12 d玉米籽粒总蛋白进行了RNA Pulldown实验,并对实验组和对照组得到的蛋白进行质谱分析。结果发现,Zm SPRP1和Zm PEPPER位列Poly（A）RNA拉下的几个含RNA结合结构域的蛋白。然而,随后的瞬时表达实验暂未发现Zm SPRP1对短片段的Poly（A）具备调控作用。Zm SPRP1在转录后的功能尚需进一步研究。7.我们通过Maize GDB玉米突变体库得到了zmsprp1突变体材料。经过回交到W22野生型,再对杂合突变材料进行自交,在自交后代可以检测到纯合突变植株以及野生型植株。通过对7叶期植株形态的观察,发现Zm SPRP1的突变造成植株生长弱于W22野生型。进一步对第五叶的叶长和叶宽进行测量和数据分析发现,Zm SPRP1的突变导致第五叶叶长显著减小,叶宽极显著减小。此外,我们对苗期的幼苗进行干旱胁迫处理,发现突变体幼苗第三叶黄化程度明显比野生型严重。授粉后12 d的籽粒中,Zm Sh2与Zm BT1等淀粉合成相关基因在zmsprp1突变体的表达量下降。我们创制了Zm SPRP1的基因敲除材料,初步观察发现基因敲除植株自交果穗中部分籽粒只形成空的果皮,不积累淀粉等内含物。对于基因敲除材料还需进一步回交和自交并进行形态鉴定。本研究探讨了Zm SPRP1对玉米胚乳淀粉合成相关基因和叶片光合作用相关基因在转录水平的调控机制,为完善玉米胚乳淀粉合成及光合作用的转录调控网络奠定基础。Zm SPRP1在叶片和胚乳中调控机理的揭示,为今后通过“强源扩库”的思路,进行优良材料的创制及高产育种提供理论基础。