玉米是全球最主要的农业作物之一,籽粒中含有多种糖类、类胡萝卜素和不饱和脂肪酸,探究籽粒发育过程中上述三种物质生物合成的分子调控机制,将为玉米的定向选育和品种改良提供理论依据。本文对四个品种玉米在不同发育时期的籽粒样本进行了转录组测序,探究了糖类、类胡萝卜素和油脂在籽粒发育过程中的基因调控模式,并深入分析了加工后籽粒中类胡萝卜素的消化效率和玉米油脂的工业应用价值。在Tianta5（黄玉米）和BN2（糯玉米）分别自交授粉后的第15、20和25天对籽粒进行取样,检测其中葡萄糖、蔗糖、果糖和海藻糖的含量。通过对两种玉米三个生长阶段,共19个转录组的测序分析,发现糖类合成通路中有35个基因差异表达。其中,INVCW1（Cell wall invertase 1）和INVVR1（Invertase）基因在授粉后25天时表达量的上调与蔗糖的分解具有相关性,HEK2（Hexokinase 2）和HEK5（Hexokinase 5）基因表达量的下调使果糖含量不断上升。此外,通过差异表达基因和转录因子的共表达分析,揭示了45个转录因子与9个调控基因之间的互作关系,其中MYB96与HDT102（Histone deacetylase 102）转录因子同时对多个基因具有调控作用,对果糖、葡萄糖和海藻糖的合成进行正向或负向的调节。选取了类胡萝卜素含量差异显著的四个玉米品种（Tianta5、BN2、1653和1652）,在三个不同生长阶段检测了籽粒中叶黄素、玉米黄质和β-胡萝卜素的生物合成量变化。通过对四种玉米在三个发育时期共37个转录组的比较分析,在类胡萝卜素合成通路中筛选出26个重要差异表达基因,其中PSY1（Phytoene synthase 1）基因的表达量与不同品种玉米籽粒中类胡萝卜素含量具有相关性,HYD7（Beta-carotene 3-hydroxylase）、LCYE1（Lycopene epsilon cyclase 1）和ZEPL4（Zeaxanthin epoxidase-like4）基因分别参与调控了β-胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质的合成。此外,通过对三种玉米加工产物进行体外模拟实验,发现对玉米籽粒的不同加热处理方式会对人体吸收不同种类类胡萝卜素产生影响,并且阐明在消化过程中叶黄素类化合物会与β-胡萝卜素呈现竞争效应,为有针对性的利用分子手段提高玉米籽粒类胡萝卜素含量及改善加工方法提高人体吸收类胡萝卜素提供了研究基础。为了探究玉米籽粒中亚油酸合成的分子调控机制,在玉米基因组中确定并注释了6个FAD2（Fatty acid desaturase 2）基因家族成员,通过BN2和Tianta5的转录组数据对FAD2基因家族的表达量进行分析,确定了Zm FAD2-1A和Zm FAD2-1C基因在两种玉米籽粒发育过程中均持续高表达。此外,明确了玉米油与低碳醇和助溶剂按特殊比例掺混可以形成替代性燃料。为基因工程改良玉米工业应用价值及通过掺混方法高效改善玉米油燃料特性提供指导意义。综上所述,本文研究了糖类、类胡萝卜素和油脂在玉米籽粒生长过程中的基因调控模式及相关应用价值,为今后对玉米的营养育种与应用提供了指导意义。