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玉米是世界上最重要的粮食作物之一,同时也是重要的遗传学和分子生物学研究材料。玉米籽粒作为玉米的储藏器官,其主要营养储存物质是淀粉和蛋白质。淀粉和蛋白质的含量也决定了玉米的产量和品质。研究玉米籽粒的发育对于提高玉米的产量和品质具有重要意义。opaque-sk(osk)的突变表型是呈现出籽粒变小且不透明的表型。细胞学观察发现osk的淀粉粒和蛋白体都明显变小。生化成分分析发现,osk突变体胚乳的总淀粉含量下降,但总蛋白质和总油脂含量升高;同时,osk突变体胚乳的总氨基酸含量升高且游离脯氨酸的含量是野生型的四倍。通过图位克隆的方法,我们确定了os 的候选基因。通过转基因功能互补验证和等位测试的方法确认了候选基因的正确性。OSK编码了一个bHIH类型的转录因子,在进化上与双子叶植物的同源蛋白分化为两个分支。时空表达分析发现,OSK在转录水平上仅在籽粒中表达,且在授粉后9 DAP转录水平最高。在蛋白水平上,OSK蛋白仅在籽粒胚乳中可以被检测到,且在授粉后18DAP时积累量最高。免疫荧光实验表明OSK 主要在淀粉胚乳(starchy endosperm,SE)和胚周区(embryo surrounding region,ESR)的积累最高。亚细胞定位和组分分离实验表明OSK蛋白主要定位于细胞核,同时在细胞质也有少量积累。转录组(RNA-Seq)分析发现osk共影响了 1179个基因的表达,主要影响细胞的碳水化合物代谢、细胞氨基酸代谢和胁迫应答。染色质免疫共沉淀关联高通量测序(ChIP-Seq)分析发现OSK在体内共有9,080个结合位点,分布在4,019个基因上。将RNA-Seq与ChIP-Seq数据重叠后共发现182个OSK可能调控的直接靶标。OSK主要调控细胞碳水化合物代谢相关基因和一些调控蛋白质及氨基酸合成的关键调控因子,包括02(Opaque2),PBF(Prolamine-box binding factor)cyPPDKs(Endosperm-specific cytoplasmic pyruvate orthophosphate dikinases)。并且OSK通过直接调控ESR特异表达基因来调控ESR的发育。OSK还直接调控了大量冷响应基因和转录因子的表达。通过与02的ChIP-Seq数据重叠,我们发现OSK与02在体内共同调控了 79个基因的转录,并且OSK与02对于cyPPDK2存在拮抗调控关系。本研究通过对OSK蛋白功能的研究,发现OSK的主要功能是调控籽粒胚乳的碳氮代谢,ESR的发育及冷响应基因的表达。通过对OSK直接靶标的研究揭示了其对于籽粒胚乳发育的调控机制。同时通过研究OSK与02之间的共同调控关系,完善了籽粒发育的调控网络,对于提高玉米籽粒的产量和品质具有重要意义。