高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]一年生草本植物。由于高粱较高的光合效率和抗旱、抗碱等抗逆性及环境适应性,使其成为在干旱盐碱地区重要的农作物。己糖激酶是高粱代谢糖类与信号转导过程中重要的蛋白激酶,在植株营养生长与生殖生长以及应对非生物胁迫过程中起到了重要作用,是植物抵御胁迫侵害中的关键。目前为止,己糖激酶的生理生化功能在许多植物中都有报道,但它在高粱中的功能研究较少。随着2009年高粱全基因组测序的完成,人们可以在全基因组水平上对高粱己糖激酶基因表达模式进行研究。因此,为探究高粱己糖激酶在响应非生物胁迫中的反应机制,挖掘高粱抗逆基因,本研究对高粱己糖激酶基因家族进行了全基因组范围的鉴定及详细的生物信息学分析。通过RNA-seq结果探究了基因的组织特异性表达,通过q-RT PCR分析了不同胁迫下基因家族各成员的表达模式。所获得主要研究成果如下:1.从高粱的基因组中鉴定出7个己糖激酶基因家族成员,分别命名为SbHXK1,SbHXK2,SbHXK3,SbHXK4,SbHXK5,SbHXK6和SbHXK7,对各家族成员进行生物信息学分析,分析结果表明SbHXK1-5同时具有己糖磷酸化与糖信号转导功能;SbHXK6,7仅具有糖信号转导功能。这表明高粱不同己糖激酶基因家族成员在植物内起到的作用不同,部分基因家族成员的功能丧失,仅参与糖信号传导网络的构建,发挥信号转导功能。部分家族成员的外显子出现了缺失或增多,推测其原因可能是由于内含子缺失或由于重复和插入突变所导致。结合水稻,拟南芥和高粱共同进行的进化分析表明三者己糖激酶应由一共同祖先进化而来,其中高粱与水稻己糖激酶进化关系更为接近。SbHXK6,7在进化过程中出现了基序的缺失,这种缺失可能会对其功能造成影响。后续分析发现SbHXK6,7缺乏催化己糖能力,为己糖激酶样蛋白。启动子序列分析表明,SbHXK1-7基因启动子除了包含基础启动子TATA-box,CAAT-box外,还有许多与生物,非生物胁迫相关的顺式作用元件,推测SbHXKs基因与糖信号与激素信号的调节相关,并最终参与到种子萌发,高粱幼苗早期发育,植物生长与胁迫响应等生理生化反应。2.高粱己糖激酶基因家族各成员在高粱各组织表达分析表明,具有己糖磷酸化和糖信号转导功能的SbHXK1-5和只具有糖信号转导功能的SbHXK6,7中均有至少一个成员在各个器官中处于较高的表达水平,在种子萌发,幼胚发生和植株幼苗生长阶段高粱己糖激酶家族成员表达量较高,而成熟植株中表达量相对较低。不同家族成员的组织表达特异性提供了高粱不同生长时期与组织中糖类物质代谢信号通路变化,在幼苗生长初期与生殖生长过程中植物需要快速代谢生成能量维持生长优势以及生成种子繁衍后代,己糖激酶表达量升高;而植株正常生长过程中各家族成员代谢趋于平稳,只在叶片等光合器官中表达量较高,为了将代谢生成的能源物质转化为淀粉或糖原储存起来。3.高粱己糖激酶基因家族在非生物胁迫与蔗糖处理后通过q-RT PCR分析结果表明,干旱处理之后,SbHXK1-5的表达量出现了明显的上调,这表明这五个家族成员对干旱胁迫的敏感程度非常高,可能在高粱应对干旱胁迫过程中起到重要作用,面对胁迫高粱植株为了维持自身水分其主要应对方式是在细胞质内积累大量糖类物质,维持细胞内外渗透压平衡,保持细胞内水分不流失,同时己糖激酶通过对内部激素的调节影响植物叶片气孔的关闭,使植物对干旱胁迫发出响应,防止水分的流失。盐胁迫中SbHXK1在12h时表达量达到最高,SbHXK7在1h时表达量达到最高,不同己糖激酶基因家族成员在高盐胁迫中表达出应激特异性,推断由于盐离子浓度升高,植株为了维持细胞内环境稳定,细胞形态不发生变化,继而调节不同家族成员的表达量进而低于盐胁迫对植株造成的损伤。在蔗糖处理中SbHXK1在90g/L蔗糖浓度培养基中处理1h和3h表达量出现了明显的上调,SbHXK4在高蔗糖浓度处理后12h表达量与对照组相比出现了明显上调。SbHXK5在高蔗糖浓度处理后1h,3h和12h出现了明显上调,且在12h出现了峰值。这种表达量的变化显示出己糖激酶基因家族成员对蔗糖的敏感程度不同,SbHXK1,4,5更容易受到蔗糖诱导使表达量出现变化,这可能与其在代谢蔗糖中起到的不同作用相关。综上高粱己糖激酶基因家族各成员受到植株外部环境和各种胁迫的调控或诱导,是一个多功能的基因家族,其具体功能和详细机制有待更深入的研究。