植物胚囊在授粉和受精过程中发挥了重要作用,胚囊与花粉管之间的相互作用以及雌雄配子之间的识别是被子植物成功受精的关键。玉米(Zea mays)作为世界上最重要的粮食作物,由于其生殖结构的特殊性和基因组信息的完整性,已被作为生殖研究的模式植物。然而截止目前仍然没有全基因组水平上的玉米胚囊转录组数据,特别是人们对于胚囊-花粉管互作的分子机理还知之甚少。本研究应用高通量转录组测序技术(RNA-seq)分别获得了玉米成熟胚囊优势表达的基因以及授粉前后玉米胚囊差异表达的基因,并对它们进行了分析,主要研究结果如下：(1)通过玉米成熟胚囊与珠心表达谱的比较,我们一共获得了3463个玉米成熟胚囊优势表达的基因。利用表达模式层次聚类分析软件(Cluster3.0),把这些基因分别与玉米珠心、花粉、花柱、幼苗和叶片的表达谱进行比较后,获得了376个玉米胚囊特异表达的基因。这些基因主要参与RNA转录调控、蛋白质靶向及降解、转运、信号转导和逆境胁迫响应等过程。通过与拟南芥(Arabidopsis thaliana)胚囊富集表达的基因进行比较,我们发现,玉米和拟南芥胚囊富集表达的基因功能分类十分相似,但序列同源性较低。进一步统计发现,在玉米胚囊中存在大量具有“特异性”的基因(在拟南芥中找不到同源基因),暗示了胚囊-花粉管互作的分子机理在单双子叶植物之间可能存在着一定的差异。(2)通过对玉米成熟胚囊以及授粉后14h-16h玉米胚囊(花粉管刚刚进入时的胚囊)表达谱的比较分析,我们一共获得了3382个授粉前后玉米胚囊差异表达的基因。其中上调基因1609个,下调基因1773个。在这些差异表达的基因中,参与RNA转录、蛋白质修饰及降解和信号转导等相关过程的基因数量较多,说明转录调控、蛋白质代谢和信号转导过程是玉米胚囊-花粉管互作所必须的。(3)泛素介导的蛋白降解途径相关基因在玉米胚囊优势表达以及授粉前后差异表达的基因中高度富集。在玉米胚囊中,胞内或者胞外的泛素蛋白酶体系统很可能通过作用于不同的底物参与调控了玉米胚囊-花粉管互作的过程。(4)在细胞中,细胞器靠其表面上的肌球蛋白(myosin)与组成微丝的肌动蛋白相互作用定向运动,前人预测精子的定向运动可能也存在类似的机制。肌球蛋白相关基因在授粉前后差异表达的基因中显著富集,暗示了在玉米胚囊-花粉管互作的过程中,肌动蛋白-肌球蛋白运动系统可能也发挥着重要的作用。(5)信号分子在胚囊-花粉管互作过程中起重要作用。我们重点分析了两类信号分子：类受体激酶和富含半胱氨酸的小分泌蛋白(cysteine rich protein, CRPs)。通过分析发现,编码富含亮氨酸重复的类受体激酶和富含半胱氨酸的类受体激酶的基因在玉米胚囊优势表达以及授粉前后差异表达的基因中显著富集；此外,我们一共预测了109个富含半胱氨酸的小分泌蛋白,其中56个具有“特异性”。这些信号分子的发现,为研究玉米胚囊-花粉管互作奠定了基础。综上所述,通过对玉米珠心以及授粉前后玉米胚囊全基因组表达谱的分析,我们筛选得到了大量可能参与玉米胚囊-花粉管互作的基因。其中超过30%的基因是功能未知的,超过80%的基因是玉米胚囊中最新报道的。这些基因的发现,为进一步从遗传学和分子生物学角度揭示玉米胚囊生物学功能的分子机理提供了依据。