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甘蔗（Saccharum spp.）是我国乃至世界上最重要的糖料作物。但受复杂的遗传背景和基因组数据的缺失,甘蔗在基因组学及分子生物学研究存在较大的空白。甘蔗作为典型的C4高光效作物,C4光合代谢途径的分子网络调控机制的研究还尚未深入。由于本课题前期完成甘蔗割手密（Saccharum spontaneum）基因组测序组装,为探究分析甘蔗光合代谢途径网络中光合调控机制提供了组学基础。本研究利用玉米现有的C4相关的转录因子,通过比较基因组学手段,结合甘蔗割手密蛋白组数据,预测甘蔗C4光合相关调控转录因子。应用酵母单杂系统筛选主要C4代谢途径关键酶调控相关的转录因子。并进一步通过生物信息学手段和实验获得的数据结合,鉴定C4光合调控相关的转录因子。研究主要结果如下:（1）预测甘蔗割手密光合相关转录因子。本研究综合收集1049个玉米C4相关候选转录因子,利用比较基因组学手段,以甘蔗近缘物种高粱的蛋白数据库为桥梁,比对到甘蔗割手密的蛋白数据库,最后初步预测得到69个转录因子家族,共1309个候选转录因子。然后通过pheatmap,MeV软件等手段,结合甘蔗割手密的叶段梯度转录组数据,昼夜节律转录组数据,对预测的候选转录因子进行表达量比较和表达趋势聚类,进行差异表达分析。结果显示,111个转录因子显著符合C4光合相关表达模式,表达趋势与叶片光合发育成熟正相关;446个转录因子具有与叶片成熟负相关的表达趋势。（2）分析C4代谢途径关键酶基因上游启动子调控元件。分别对基因CA1、NADP-ME2、PEPC1、PEPCK、PPDK1、NADP-ME1、NADP-MDH1上游3000bp序列进行顺式调控元件分析,发现基因存在共同的保守元件G-box、Box 4、I-box等。同时与甘蔗近缘属高粱、玉米、水稻进行比较分析,发现甘蔗上游特有的顺势调控元件分别是:ATCT-motif;chs-CMA1a;chs-CMA2c、TCCC-motif;0;TCT-motif、chs-CMA2a、ATCT-motif、GA-motif;0;GA-motif、GTGGC-motif、AE-box。（3）酵母单杂实验筛选转录因子。首先本课题通过选取甘蔗割手密的花、叶,茎,根等组织构建完成了甘蔗酵母cDNA文库,库容量达到1.2×107,达到实验库容量要求。选取7个C4代谢关键酶基因CA1、NADP-ME1、NADP-ME2、NADP-MDH1、NADP-MDH2、PEPC1、PEPCK、PPDK1,通过PlantCARE网站进行顺式元件预测。选取光相关元件富集片段,构建pAbAi诱饵载体。自激活检测显示不存在自激活现象,可用于下一步单杂实验。获得的诱饵载体有cis-CA1,cis-NADP-ME1,cis-NADP-ME2,cis-NADP-MDH1,cis-PEPC1,cis-PPDK1,cis-PEPCK,进行单杂共转筛库。二次筛选后测序最后分别获得26、5、52、43、30和2、3个调控蛋白,主要的转录因子分别有HB127,WRKY32,ARF18,ERF1-like,Dof16等等。（4）鉴定调控C4关键酶基因的互作蛋白。通过叶段发育转录组数据,分析所有互作蛋白基因的表达趋势,以甘蔗C4光合关键酶基因在叶段发育模型上的表达模式为参照,共筛选出8个具有C4表达趋势的互作蛋白。其中调控NADP-ME2的四个蛋白的基因分别是LHCB、UBC5A、PNSL5、RL3、Perhaps C2H2;调控NADP-MDH1的两个蛋白分别是LFNR2、GST4;调控PEPC1的两个蛋白分别是CDF1、GST4。线性分析显示,除GST4与NADP-MDH1不具有显著相关性,其他蛋白基因与对应调控基因具有显著或极显著正相关性。再通过昼夜节律转录组数据,分析这8个互作蛋白基因在昼夜震荡周期上的表达情况,进一步验证。最后利用酵母一对一单杂实验进一步验证互作情况,结果显示cis-NADP-ME2与蛋白LHCB、UBC5A、PNSL5、RL3存在互作现象,cis-NADP-MDH1与蛋白LFNR2、GST4存在互作现象。对互作蛋白基因进行qRT-PCR实验,结果显示表达趋势与RNA-seq数据基本一致。这些研究首次在甘蔗中鉴定了C4类型光合代谢基因调控因子,初步构建了甘蔗C4光合关键酶基因分子调控网络,为解析其光合分子机制提供重要基础。