淀粉是高等植物种子的重要组成部分,是决定作物产量和品质的关键要素。淀粉主要是由腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Adenosine diphosphate glucose,AGPase)、淀粉合成酶(starch synthase,SS)、淀粉分支酶(starch branching enzyme,SBE)、淀粉去分支酶(starch-debranching enzyme,DBE)以及淀粉磷酸化酶(starch phosphorylase,SP)等一系列的酶催化形成。大量研究表明,作物的粒重与灌浆时期籽粒淀粉合成关键酶活性存在密切关系。MADS-Box是广泛存在于真核生物中一类重要的转录调控因子,在植物生长发育和信号转导,以及在植物花器官的发育调控中都起重要的调控作用。研究参与淀粉生物合成的转录因子,有助于解析淀粉合成关键酶基因表达的分子调控途径,提高玉米籽粒淀粉含量,增加玉米产量。本课题组前期选取玉米骨干自交系Mo17为材料,测定了灌浆前期至中期胚乳的淀粉积累动态,根据淀粉积累的关键时间点选取材料,通过RNA-seq测定了不同关键点胚乳RNA表达谱,通过比较不同关键时间点的RNA表达变化,结合淀粉积累动态,同时参考拟南芥、水稻、玉米等现有RNA-seq数据以及顺式作用元件和转录因子等数据库,筛选了可能参与玉米胚乳淀粉合成关键酶基因表达调控的转录因子,并预测了这些转录因子调控的淀粉合成关键酶基因。本研究将在此基础上,采用酵母单杂交、基因瞬时表达等手段,验证转录因子ZmMADS11对淀粉合成关键酶基因(SSI、SSIIa、ISAl、SBE2a、AGPLS2、PHS1)表达的调控作用。研究结果表明,ZmMADS1 1可能通过激活淀粉合成相关酶SSI和SBE2a的活性参与玉米胚乳淀粉合成关键酶基因的表达调控。本研究具体结果如下:(1)利用玉米骨干自交系Mo17克隆ZmMADS11基因,其开放阅读框包括684bp碱基,编码227个氨基酸,该蛋白的相对分子质量为25.841KD,等电点pI为9.213。蛋白结构分析显示,ZmMADS11具有典型的MADS-Box转录因子家族MADS和K-box结构域。将ZmMADS11与水稻、拟南芥等植物MADS-Box转录因子中MIKC亚家族成员构建进化树(NJ法)进行亲缘进化分析,结果表明ZmMADS11与水稻OsMADS16和拟南芥AP3具有高度的同源性。(2)实时定量PCR结果分析表明,ZmMADS11在授粉后15天的胚乳和籽粒中表达量最高;在雄穗、花丝、花药中表达量中等;在苗期的茎、雌穗中表达量较低;在苗期的根、叶以及授粉后15天的胚中几乎不表达;(3)酵母自激活实验结果显示酵母(导入pGBKT7-ZmMADS11载体)可以在SD/-Trp+10mM X-α-gal酵母缺陷型培养基上生长且变蓝,说明转录因子ZmMADS11具有转录激活活性;通过生物信息学在线软件PSORT Prediction进行亚细胞定位预测,结果显示ZmMADS11蛋白大部分定位在细胞核上;利用基因枪转化洋葱表皮细胞,结果表明ZmMADS11定位在细胞核和细胞膜上;(4)新鲜玉米胚乳中瞬时表达显示转录因子ZmMADS11对淀粉合成酶类SSI基因的表达具有极显著促进作用,对淀粉分支酶类SBE2a基因的表达具有显著促进作用;酵母单杂交结果表明转录因子ZmMADS11与SSI和SBE2a基因启动子具有直接的结合作用。