优化碳水化合物分配不仅有助于提高作物产量,也能够增强作物对各种非生物逆境的适应性,克隆碳水化合物分配相关基因并阐明其调控机制具有重要的理论和实用价值。本研究以碳水化合物分配缺陷导致叶片寻找更多褪绿的玉米突变体chl3(chlorotic leaf3)为材料,采用BSR-Seq定位和图位克隆的方法分离了控制该表型的基因ZmPHOH(Zea mays Starch Phosphorylase),并解析了其调控玉米碳水化合物分配的分子机制,获得的主要研究结果如下:1.chl3是一个碳水化合物分配缺陷突变体。正常条件下,chl3的幼苗与野生型幼苗没有显著差异,但在五叶期后chl3的成熟叶片自顶部向基部开始褪绿;而且苗期短时间的低温处理能够诱导chl3褪绿表型在五叶期前出现。进一步分析表明,chl3维管束鞘叶绿体中积累了过量的淀粉,导致叶绿体功能严重受损,而且淀粉的过度积累是由于瞬时淀粉代谢异常导致的,即chl3在碳水化合物分配方面存在缺陷。2.ZmPHOH的突变导致chbiotic and abiotic stressesl3表型的产生。将chl3与玉米自交系Mo17进行杂交构建F_2分离群体,遗传分析发现chl3叶片褪绿性状受单隐性位点控制(χ~2=1.32<χ_0~2._(05,1)=3.84,P<0.05)。通过BSR-Seq结合图位克隆的策略将Zmchl3定位于第三染色体上一个820 kb的区间内。区间内的基因Zm00001d042842编码胞质型淀粉磷酸化酶,其在chl3中存在一个141 bp的插入导致了所编码氨基酸的移码和提前终止,因此被作为Zmchl3的候选基因,命名为ZmPHOH。ZmPHOH的两个等位突变体均具有叶片褪绿的表型,而且两个突变体与chl3杂交均不能恢复chl3的叶片褪绿表型,由此证实了ZmPHOH为chl3的目的基因确认细节。3.ZmPHOH调控碳水化合物分配,影响玉米籽粒产量。chl3叶片中ZmPHOH功能的丧失导致了麦芽糖代谢受阻,进而降低了瞬时淀粉降解效率,最终导致叶片淀粉含量增加和其他碳水化合物代谢模式改变。RNA-Seq结果表明chl3叶片中碳水化合物含量升高抑制了光合基因的表达,降低了碳水化合物分配效率。chl3的粒重显著降低,但籽粒中碳水化合物含量与野生型没有显著差异(P>0.05),关联分析结果表明ZmPHOH与百粒重显著相关。综合以上结果,说明ZmPHOH能够调控胞内碳水化合物分配效率,影响玉米籽粒产量。4.ZmPHOH影响玉米对低温的适应性。将苗期的chl3置于8℃处理两天后恢复至正常温度,发现低温处理后叶片中可溶性糖含量显著提高,且在低温结束后无法被分解,说明ZmPHOH参与玉米低温胁迫恢复期可溶性糖的分解代谢。光合特性分析表明,低温处理对chl3光合能力造成的损伤在低温结束后无法被修复。RNA-Seq结果表明,恢复阶段过高的可溶性糖水平抑制了chl3幼叶中光合基因的表达,这不仅导致叶片褪绿的表型提前出现,也对后期生长发育造成了不利影响。以上结果表明,ZmPHOH调控玉米对低温胁迫的适应性。