玉米是世界上最重要的农作物之一,被广泛用于食品加工、动物饲料和工业原料。成熟玉米籽粒由胚、胚乳和种皮三部分组成,其中胚乳作为籽粒的营养贮藏部分,占到了成熟籽粒重量的80%~85%,同时胚乳细胞的发育、增殖和淀粉的积累情况决定了籽粒的产量和品质。因此,深入探究影响玉米胚乳细胞发育变化的关键调控机制对提高玉米的产量和品质,以及保证世界的粮食安全有着重要的意义。转录组作为连接基因组和蛋白组的关键纽带,对解析玉米胚乳发育的动态过程和探究胚乳发育的关键调控机制具有重要的作用。迄今为止,在全基因组范围内对玉米胚乳发育动态的转录组研究仍是不全面的,尤其是对基因可变剪接和表达变化研究仍鲜有报道。本文利用RNA-seq技术对陕单609授粉后第5、10、15和20天的胚乳样品进行了测序,全面分析了四个胚乳发育时期的基因可变剪接、表达和功能变化,以及淀粉合成代谢相关酶的进化、表达和功能之间的关系。研究结果进一步完善了玉米籽粒发育相关基因在转录水平上的表达信息,为阐明玉米胚乳发育的关键的调控机制和代谢网络提供了重要线索,为加速高产优质玉米新品种的选育提供了有效的参考依据。研究结果如下:1.通过对胚乳发育四个时期的转录组数据分析,鉴定了11,010个蛋白编码基因的44,973处可变剪接事件。根据剪接方式划分为6种类型,其中内含子保留是胚乳基因经历的主要可变剪接类型,外显子跳跃为第二类主要可变剪切类型。根据可变剪接发生的时期特点,可进一步将可变剪接事件分为单一类型可变剪接和多元类型可变剪接,并且这两种类型的可变剪接对应的基因集在生物学功能上存在显著差异。2.分析转录本的表达丰度发现,有2,504个假定基因在陕单609胚乳发育四个时期发生表达,并在多个数据库中获得最佳功能注释。同时,在授粉后5、10、15和20天的胚乳中,分别检测到20,777、21,923、21,488和21,648个基因发生表达,其中405、773、766和643个基因分别为时期特异性表达基因,18,072个基因为四个时期的共表达基因,1,945个基因为注释的转录因子。3.不同发育时期间的差异表达分析,鉴定了7,633个差异表达基因,其中包含了来自50个转录因子家族的473个差异表达转录因子。同时,利用数学模型将7,633个差异表达基因进一步划分为15个不同的表达趋势,并鉴定了淀粉生物合成、脂类生物合成、刺激反应等多个胚乳发育的关键代谢过程和调控机制。4.根据玉米中淀粉代谢相关酶的功能和先前的研究,构建了玉米胚乳中简化的淀粉合成代谢途径,并通过进化分析进一步揭示了玉米中淀粉合成代谢相关酶亚型的进化特点。同时,四类淀粉代谢相关酶亚型编码基因的表达模式是剧烈波动的,并且部分酶亚型的编码基因表现出时期特异性高表达和共表达,这一结果不仅在一定程度上验证了淀粉代谢中多种酶亚型组成的功能复合体的存在,而且为不同淀粉合成相关酶亚型之间的功能互作研究提供了重要的参考。