植物中的淀粉有两类,一类是叶片中的临时淀粉,白天在叶绿体中利用光合产物合成,夜晚消耗为植物生长提供碳源和能量。另一类是贮藏淀粉,在作物胚乳、薯类根茎等贮藏器官的造粉体中合成。贮藏淀粉是人类食品和动物饲料的主要能量来源,也广泛应用于造纸、医药、化妆品等行业。玉米淀粉因其化学成分佳,纯度高,在淀粉产业占有重要比重。淀粉由一系列酶催化合成,淀粉合酶扮演着重要角色,影响淀粉的含量、组成和结构等。目前在遗传和生化方面对淀粉合成相关酶及其编码基因进行了大量研究,已基本明确部分酶在淀粉合成过程中的作用。SSI、SSII、SSIII亚型主要负责淀粉葡聚糖链延伸,SSIV亚型与淀粉颗粒的形成起始有关。课题组前期基于比较基因组分析鉴定并首次报道了植物SS新亚型SSV,在进化关系上与SSIV关系最近。最近报道拟南芥SSV影响叶绿体淀粉粒的数量,推测其功能也与淀粉粒的起始有关,但未见作物中关于SSV功能的报道。前期课题组克隆了玉米淀粉合酶IV、V（ZmSSⅣ、ZmSSⅤ）基因,分析了表达特性和体外酶学特性,创制了ZmSSⅣ、ZmSSⅤ过表达转基因玉米材料。在此基础上,本研究在DNA和RNA水平上对转基因后代株系进行了鉴定,比较分析了野生型、ZmSSⅣ、ZmSSⅤ单基因过表达和双基因过表达株系的植株生长情况和籽粒淀粉含量、组成、结构以及淀粉颗粒形态和大小差异,解析了ZmSSⅣ、ZmSSⅤ在玉米淀粉合成中的作用,为深入揭示玉米淀粉合成的分子机理、解析淀粉分子链和淀粉颗粒起始形成机制、改良玉米产量和品质奠定基础。主要研究结果如下:1.T2代基于DNA水平分析鉴定到5个过表达株系,OE-IV/V、OE-IV-1、OE-IV-2、OE-V-1、OE-V-2。RT-q PCR检测转基因玉米中ZmSSⅣ、ZmSSⅤ的相对表达量,发现双基因过表达株系OE-IV/V中ZmSSⅣ、ZmSSⅤ的表达分别上调8倍和10倍。OE-IV-1和OE-IV-2中ZmSSⅣ的表达分别上调2.5和14倍;OE-V-1和OE-V-2中ZmSSⅤ的表达分别提高了49和93倍。2.田间性状测定分析显示过表达材料的株高、穗位高、成株叶片数及穗上叶片数等性状与野生型没有明显差异,ZmSSⅣ、ZmSSⅤ的过表达对玉米植株的生长没有影响。测定野生型和转基因玉米成熟籽粒中总淀粉、直链/支链淀粉、抗性淀粉的含量,结果显示ZmSSⅣ、ZmSSⅤ过表达没有引起玉米胚乳中总淀粉含量和组成的显著性变化。3.采用HPAEC-PAD方法分析了野生型和转基因玉米成熟籽粒胚乳淀粉的链长分布,发现相较野生型,转基因各株系的淀粉链长分布没有显著改变,仅DP6-10、DP12-20和DP22-36的链略有改变。表明ZmSSⅣ、ZmSSⅤ对支链淀粉结构的影响较小。4.利用透射和扫描电镜分析穗位叶叶绿体中的淀粉粒和成熟籽粒胚乳中的淀粉粒,发现过表达玉米叶绿体和成熟胚乳中的淀粉粒均小于野生型。测量400个胚乳淀粉颗粒的粒径,结果显示转基因淀粉颗粒平均粒径相较于对应的野生型分别降低了2.32μm、1.21μm、3.22μm、1.92μm和1.00μm。结果表明ZmSSⅣ、ZmSSⅤ可能参与玉米淀粉颗粒的形成起始过程,过表达材料在起始阶段合成了更多的淀粉颗粒,从而产生了比野生型小的淀粉颗粒,合成起始的分子机制还需进一步研究。