淀粉是水稻、玉米等农作物籽粒中最主要的成分。根据其结构可分为直链淀粉和支链淀粉。高支链、低直链的淀粉主要用于食品业，而高直链、低支链的淀粉在医疗、纺织、环保等多个领域有着更为广阔的市场前景，需求量巨大，但目前适合于特定用途的淀粉种质却极为缺乏，因此利用分子生物学的手段调控作物籽粒淀粉的合成，获得新型种质具有重要意义。淀粉是在一系列酶的作用下合成的，其中颗粒结合型淀粉合成酶Ⅰ（Granule-bound starch synthaseⅠ，GBSSⅠ或Waxy）直接催化直链淀粉的合成，淀粉分支酶（starch branching enzyme，SBE）的一个同工型酶SBE3被认为在形成支链淀粉过程中起到关键的作用。而苹果酸脱氢酶（Malate dehydrogenase，MDH）则是生物糖代谢的关键酶之一。因此，调控这些淀粉合成相关酶基因就有可能改变作物籽粒淀粉的组成，获得淀粉品质更为优良的新型种质资源。为此，本实验以水稻和玉米为实验材料，采用过量表达和RNAi技术，分别对Waxy基因，SBE3基因，MDH基因进行了分子调控的研究。获得了如下主要结果：　　 1．在农杆菌介导下将SBE3基因RNA干扰表达载体转化水稻中花11，获得了41株转基因株，半定量RT-PCR检测表明SBE3基因的表达量明显降低。T1代农艺性状初步检测显示胚乳直链淀粉含量显著升高，而千粒重却显著降低。进一步对其T2代部分纯系追踪检测发现，直链淀粉含量均显著高于未转化水稻，单株最高达38.4％，提高了166.5％，而转化植株的有效穗粒数及千粒重均显著降低。　　 2．RNA干扰SBE3基因T3代2个转基因株系的各淀粉合成关键酶酶活的检测发现，转基因株系SBE酶活性在籽粒发育各时期均显著降低并提前3d达高峰期，且不同株系间具有差异。该基因酶活的下降也使籽粒发育不同时期的ADPG-PPase和SSS及DBE的酶活均不同程度的显著降低。千粒重与直链淀粉含量检测显示，千粒重显著低于未转化植株，且大致的趋势是直链淀粉含量越高，千粒重越小。这表明在淀粉的合成过程中各关键酶不是孤立的发挥作用的，彼此间相互影响。SBE酶活的降低同时导致淀粉合成若干关键酶活性下降可能是转基因株系千粒重显著下降的一个重要原因。　　 3．农杆菌介导的水稻全光照快速遗传转化体系，以粳稻中花11号为受体材料，将构建的水稻Waxy基因过量表达载体导入受体中花11，获得了39株PCR检测为阳性的转基因植株。建立了转基因植株拷贝数实时荧光定量PCR快速检测体系。利用该体系检测结果发现其中25株为单拷贝转基因植株。半定量RT-PCR检测发现，T0代植株部分籽粒中Waxy基因的表达量明显升高，且植株间存在差异。　　 4． Waxy基因过量表达转基因水稻T0代农艺性状的检测显示，与对照中花11相比，转基因水稻千粒重、株高、穗长，分蘖数及单穗实粒数都未能发生显著变化，但T1种子糙米籽粒颜色变暗，透明度明显降低，籽粒皱缩。直链淀粉百分含量测定显示，转基因水稻大部分植株的胚乳直链淀粉含量显著提高，平均提高了42.72％，从未转化水稻的14.28％，提高到了20.38％，最高单株提高到29.18％，提高了104.3％。　　 5．从玉米X178品种的叶片中克隆出了cyMDH基因，其全长为1264bp。通过生物信息学分析发现，该序列中包含1个70bp5’非翻译区，1个195bp3’非翻译区以及1个完整的开放阅读框，该阅读框从起始密码子ATG到终止子TGA共记999bp，共编码332个氨基酸（GenBank登陆号HU625276）。依据这个序列信息成功构建了玉米cyMDH基因的RNA干扰表达载体。　　 6．通过对影响农杆菌介导玉米转化的各种因素的比较研究，确立了农杆菌菌液浓度OD600值为0.7，AS浓度为100μmol/L，浸染时间为15min为适宜的转化条件。初步建立了玉米cyMDH基因RNAi遗传转化体系。应用该体系进行遗传转化获得了5株PCR阳性转基因株。　　 综上所述，本研究利用转基因技术分别对水稻籽粒淀粉合成关键酶Waxy基因和SBE3基因进行过量表达和RNAi分子调控，获得了籽粒直链淀粉含量显著提高的转基因水稻，并对转基因株系进行了相关的农艺性状和酶学分析；克隆了玉米cyMDH基因，并构建了其RNA干扰表达载体，初步建立了玉米cyMDH基因RNAi遗传转化体系，获得了cyMDH基因RNAi转基因株，为后续总淀粉的调控研究奠定了基础。该研究结果为阐明作物淀粉合成机理提供了理论依据，同时也为作物淀粉产量和品质的遗传改良提供了新的思路。