水稻（Oryza sativa L.）胚乳是人类重要的食物来源之一，它由位于外侧的糊粉层和内部的淀粉胚乳组成，两者均由三倍体的胚乳核发育而来。成熟的水稻颖果中，糊粉层多为单层活细胞，其内累积了大量储藏蛋白、脂肪酸、锌和铁等营养物质，而淀粉胚乳细胞则经历了程序性细胞死亡，并累积了大量淀粉。叶片经光合作用产生的糖类物质以蔗糖的形式由韧皮部运输至水稻颖果后，先经胞间连丝由母本组织运输至糊粉层细胞外侧，而后经定位于糊粉层细胞中的糖转运蛋白运输至发育中的淀粉胚乳细胞内部，但是关于糊粉层中糖类物质的转运调控机制尚不清楚。　　为挖掘参与调控糊粉层和淀粉胚乳细胞分化和营养物质累积的转录因子，取受精后10～14天的水稻颖果，分离糊粉层和淀粉胚乳细胞进行两个组织的差异表达基因芯片分析。芯片数据显示有949个转录因子在糊粉层和淀粉胚乳差异表达，利用实时定量PCR验证后得到15个转录因子在糊粉层高表达，12个在淀粉胚乳高表达。构建这些转录因子启动子区融合GUS报告基因的载体并转化水稻，GUS染色分析结果显示有2个转录因子在水稻背部糊粉层特异表达，2个在背腹部糊粉层特异表达，3个在糊粉层和胚均有表达，另外，还鉴定到5个在淀粉胚乳中高表达的转录因子。　　为解析这些基因的功能，分别利用RNA干扰和CRISPR-Cas9技术获得了目的基因表达下调的转基因植物和相应的突变体。通过表型分析，我们发现一个糊粉层特异表达的转录因子OsNF-YB1通过调控蔗糖转运蛋白OsS UT1、OsSUT3和OsSUT4的表达进而调控水稻籽粒灌浆过程。OsNF-YB1基因表达下调的转基因植物和osnfyb1突变体均呈现不同程度的灌浆缺陷，胚乳粉质且淀粉粒显著变小。进一步分析显示osnfyb1颖果中蔗糖转运蛋白OsSUT1、OsSUT3和OsSUT4的表达下调且蔗糖、葡萄糖和果糖含量也显著降低。酵母单杂交、荧光素酶活性实验和电泳迁移率实验证实OsNF-YB1可以直接结合OsSUT1、OsSUT3和OsSUT4基因的5调控区。以上结果表明，OsNF-YB1通过直接调控蔗糖转运蛋白基因的表达进而调控蔗糖的转运是胚乳发育过程中糖类物质转运调控的一个新的分子机制。　　糊粉层细胞不仅在糖类物质从母本组织转运至胚乳细胞的过程中发挥着重要作用，而且是α-淀粉酶等水解酶合成的重要场所。在水稻籽粒萌发的过程中，由胚合成并运输至糊粉层的赤霉素可以促进α-淀粉酶基因的表达，α-淀粉酶在糊粉层细胞合成后分泌至淀粉胚乳细胞并将淀粉催化成可代谢的糖类物质，为萌发过程和后期幼苗的生长提供能量。本课题研究过程中发现两个糊粉层和胚均表达的转录因子OsC3H01和OsERF04分别负调控和正调控水稻籽粒萌发过程。OsC3H01表达下调的转基因植物和osc3h01突变体均呈现穗萌发的表型;与之相反，OsERF04表达下调的转基因植物则呈现籽粒萌发推迟的表型。目前为止这两个基因调控水稻籽粒萌发的分子机制尚不清楚，未来的工作中我们将集中解析它们在水稻籽粒萌发过程中的功能，该研究将为解决农作物穗萌发问题提供理论依据。