磷酸肌醇是一类广泛存在于植物中的磷脂类化合物,具有重要的生理和生化功能。但是由于缺乏精准可靠的检测方法和系统深入的研究手段,使得人们对于植物磷酸肌醇的代谢和调控所知有限。目前植物中已知的有关磷酸肌醇代谢的基因都是通过低植酸突变体鉴定的,但仅有限的基因被分离鉴定,并且通过突变体鉴定或者QTL定位等手段都难以有新的发现。为了深入了解磷酸肌醇的代谢调控,我们以两个植酸含量有显著差异的玉米自交系为材料,进行转录组和小RNA测序,通过系统生物学的手段,整合代谢物数据,以期能够解析磷酸肌醇代谢的调控模式,并搜索新的候选基因。为了准确、稳定地测定磷酸肌醇,我们建立了能够同时检测各磷酸肌醇的IPC/ESI-MS/MS(ion-pair chromatography/tandem mass spectrometry with an electrospray ionization source,or LC-MS/MS)方法。利用这一方法,我们在一个广泛的玉米自交系群体中筛选植酸含量有显著差异的品系,分析了不同发育时期全种子和胚中各磷酸肌醇的动态变化。最终选择B73(高植酸)和Qi319(低植酸)的胚(DAP12,DAP21,DAP30)进行转录组测序和小RNA测序。整合测序数据和代谢物数据,从系统生物学角度解析磷酸肌醇的代谢调控。转录组差异表达分析发现,磷酸肌醇代谢的相关基因在Qi319中多数是下调表达,其中MIPS和IPK在所选的时期内是持续下调的。可变剪接(Alternative Splicing,AS)分析发现,磷酸肌醇的代谢调控与AS相关,ITPK2,MIPS以及肌醇转运体基因都有特定的AS模式,并表现出发育时期和品种间的差异。通过分析小RNA的靶标,发现了5个新的可能参与磷酸肌醇代谢调控的小RNA。通过WGCNA(Weighted Gene Co-Expression Network Analysis)方法,整合磷酸肌醇代谢物数据,构建了与代谢物密切相关的基因共表达网络。对网络进行解析发现:2+1.磷酸肌醇的代谢与Ca2+信号紧密偶联;2.GA(gibberellic acid)信号以泛素化修饰相关的F-box蛋白质基因为节点,与磷酸肌醇代谢相互作用;3.磷酸肌醇的转运与糖类的转运具有协同性;ABCs(ATP-binding cassette transporters)、碳水化合物/肌醇转运体与IP1、MIK的协同性说明植酸的合成过程的确存在肌醇的转运机制;4.根据基因在网络中的位置及其到调节基因的距离和连接性,结合GO注释信息,我们从网络中提取了3个可能参与磷酸肌醇代谢的候选基因。5.分析候选基因直系同源的突变体表型,以及通过RNAi技术对候选基因进行功能验证,结果发现,这3个候选基因的确与种子中磷酸肌醇的含量相关。这些研究结果提出了新的磷酸肌醇代谢调控模式(包括AS,mi RNA以及与其他通路的相互作用节点),并验证了通过网络所获得的相关基因的功能。这说明通过系统生物学手段,能充分利用磷酸肌醇与相关基因以及其他通路的协同性,提供了更多有关磷酸肌醇代谢和调控的线索和知识。