玉米是全世界种植最广泛的作物,同时也是近十年来年产量高的谷类作物,高于水稻和小麦,在人类的各类生产生活中扮演着越来越重要的角色,它不仅是主要的粮饲作物,更是各类生产中主要的淀粉来源,淀粉根据结构不同分为直链淀粉和支链淀粉,高直低支或高支低直的淀粉在各领域中分别发挥着重要的作用。普通玉米中直链淀粉的含量一般约为25%,支链淀粉约为75%,如何调节和改善直链和支链淀粉含量的平衡度,需要深入开展对淀粉生物代谢途径的研究,不仅对完善淀粉代谢途径有重要的理论意义,而且对有效的控制淀粉合成途径改善淀粉含量和品质具有重要的实践意义。本实验通过基因组关联分析的方法筛选出与淀粉合成相关的基因,对这些基因的进行了表达模式分析。对ZM-LEGF基因启动子进行功能分析,并通过过量表达技术对玉米ZmbZIP91基因在淀粉合成代谢途径中的功能以及作用机制进行了研究,共获得以下主要成果:(1)通过直链淀粉和总淀粉的极端性状与87份重测序材料的SNP数据关联分析和直链淀粉和总淀粉形状与转录组测序筛选得到的36个转录因子候选基因关联分析,共筛选得到了7个相关基因,并对其中6个基因做了表达模式分析其中4个基因在胚乳中特异性表达。(2)对通过GUS组织化学染色和GUS荧光定量对玉米ZM-LEGF基因启动子以及筛选片段的功能进行分析发现,随着启动子的序列变短,驱动GUS基因表达的位置和活性都发现变化;位于-140~+41区域对启动子驱动基因表达的一段关键性序列;该功能最强的启动子活性元件位于-273~-140区域中,即pZM-LEG6。我们又进一步对pZM-LEG6 T2代转基因水稻的不同发育阶段的组织进行GUS染色分析,发现该启动子只在营养器官中表达,不在种子中表达。(3)亚细胞定位实验发现,Zmb ZIP91基因与GFP融合表达蛋白定位在P小体中,且通过在线网站分析发现,该基因无核定位序列也无信号肽,说明该基因无法入核表达,不能正常的参与对功能基因的表达调控;酵母单杂实验结果显示,玉米ZmbZIP91基因能与已知玉米淀粉合成相关基因ZmAGPL1、ZmBEIIa、pZmISA2、ZmSSIV、ZmGBSSIIb和ZmSSI相互作用,表明该基因可能参与淀粉合成过程。(4)过量表达玉米ZmbZIP91基因后的转基因水稻株,除籽粒有变化外,其他表现没有明显差异。对水稻17个淀粉合成相关基因分析发现,转基因种子的表达量总体低于野生型;对籽粒外部表型进行研究发现,转基因植株的籽粒的长度几乎不变,而宽度明显小于野生型和空载体,较野生型降低了12.28%,千粒重随之也小于野生型和空载体,较野生型降低了16.16%;对籽粒淀粉含量分析发现,转基因种子的总淀粉含量明显低于野生型和空载体,较野生型最大均差值达6.96%;直链淀粉含量较野生型和空载体低,较野生型最大均差值为21.83%;对籽粒淀粉结构分析显示,石蜡切片下观察,野生型与转ZmbZIP91基因种子在可见光下没有发现有明显的差异转基因种子,而在紫外光下,转基因种子的淀粉发出黄色的亮光,野生型几乎没有。扫描电镜下观察,转ZmbZIP91基因种子在中部、腹部、和背部这三个部位的淀粉颗粒都明显小于野生型和空载体。表明ZmbZIP91基因可能在水稻淀粉合成过程中起着负调控作用。(5)对转ZmbZIP91基因株的突变型株(m-91)的性状分析结果显示:m-91突变型株的穗长、花药、子房、颖壳、颖毛以及籽粒明显大于野生型,且稃尖增长尤为明显,较野生型平均增加了45.07%;对长和宽比较分析发现,转基因的籽粒的长显著高于野生型,宽度稍大于野生型,分别增加了22.01%和8.12%;对千粒重分析发现,转基因种子的较野生型高,平均增加了22.99%;对去壳的种子外形以及种子淀粉结构进行扫描电镜分析发现,转基因种子表皮出现褶皱,与胚乳分离,中心部位出现垩白现象,淀粉粒呈多面体,大部分淀粉粒和蛋白体松散的排列,少量淀粉粒形成复合体呈球形镶嵌在松散的淀粉粒和蛋白体中;对种子的总淀粉和直链淀粉结构进行测定结果显示,转基因直链淀粉含量较野生型相比降低了24.25%,而总淀粉含量变化微弱,仅为2.95%。结果表明ZmbZIP91基因可能影响到与这些性状相关酶的活性以及基因的表达。