蔗糖非发酵相关激酶1（SnRKl）是调节植物碳氮代谢和能量平衡的传感器,在植物体内是以异源三聚体（α-β-γ）的形式行使其生物学功能,广泛参与植物的生长发育、激素信号转导和抗逆等过程。目前,有关SnRK1相关基因功能的研究主要集中在模式植物拟南芥中。尽管有少量SnRK1相关基因从主要粮食作物玉米中被鉴定出来,但是对于这些基因的功能还知之甚少。此外,一个编码SnRK1特殊的β亚基基因β3从拟南芥中被鉴定出来,但是对于这个基因的具体的生物学功能还不明确。鉴于此,期望通过本研究阐明玉米SnRK1复合体的组合形式以及相关基因在生长发育进程中的生物学功能。本研究利用相关生物信息学的分析方法从玉米全基因组中鉴定了编码SnRK1催化亚基和调节亚基的基因,并以玉米胚乳为实验材料,从体内纯化得到了SnRK1酶以及筛选得到了其作用的靶蛋白。同时,通过转基因技术,我们成功获得了过表达ZmSnRK1β3的玉米阳性植株;并利用RNA-seq分析初步揭示了ZmSnRK1β3可能参与玉米果穗发育的分子机理。主要研究结果如下:1、利用生物信息学相关技术、互补酵母相应突变体以及酵母双杂交验证,从玉米全基因组中共鉴定了13个玉米SnRK1的相关基因,包括3个编码SnRK1催化亚基的基因、6个编码SnRK1β调节亚基基因和4个非典型的SnRK1βγ调节亚基基因。并利用RTPCR对这些基因的组织表达特性进行分析发现SnRK1α亚基基因在各个组织中均有表达,10个编码SnRK1调节亚基的基因具有不同的组织表达模式。2、通过盐析、离子交换等技术手段从玉米胚乳内纯化得到了SnRK1酶。并对SnRK1酶活性最高的组分进行了MS分析发现:玉米胚乳内存在6个SnRK1相关基因ZmSnRK1α3、ZmSnRK1β1a、ZmSnRK1β1b、ZmSnRK1β2a、ZmSnRK1βγ1、ZmSnRK1βγ1。并在COS-7动物细胞中共表达了这6个基因产物以及分析不同组合的SnRK1活性发现组合α-β-βγ的活性最高,组合α-βγ有较低的活性,而组合α-β无SnRK1活性。这就充分证明了玉米SnRK1酶主要以异源三聚体的形式存在。3、以ZmSnRK1α3为诱饵蛋白,利用酵母双杂交技术筛选玉米胚乳cDNA文库,明确了其可能互作蛋白以及对这些互作蛋白进行SnRK1作用的底物预测。在此基础上,合成候选底物的多肽以及胚乳纯化得到的SnRK1酶的条件下进行体外磷酸化测定,确定了SnRK1作用的底物。这些底物主要包括碳代谢以及蛋白质合成有关的关键酶/因子。其中,在生物代谢途径中能被SnRK1磷酸化的关键酶除了已经在动植物中已经报道的关键酶ACC1、TPS和果糖-二磷酸醛缩酶外,我们还发现硫辛酸乙酰基转移酶和萜类合成酶能够被SnRK1磷酸化。4、利用玉米转基因技术,我们成功获得了ZmSnRK1β3过表达株系。对ZmSnRK1β3过表达的遗传转化材料多年多点的性状调查发现:与野生型相比,ZmSnRK1β3过表达材料玉米果穗明显变长。并对过表达株系与野生型玉米果穗进行RNA-Seq分析发现1508个差异表达的基因,其中361个基因表达上调,1147个基因表达下调。GO分析表明这些差异表达的基因功能主要富集在细胞分裂素代谢、水杨酸信号转导、ABA信号转导和JA信号转导等途径。鉴于前人的研究结果和本研究中的结果,我们推测ZmSnRK1β3可能结合SnRK1α和SnRK1βγ,从而激活α催化亚基,随后α亚基通过多种方式激活或抑制某些转录因子等,进而参与玉米果穗的发育。