甘蔗(Saccharum spp.)是目前人类驯化大田作物中生物量最高的作物之一。成熟的甘蔗茎中能够积累高浓度的蔗糖,其糖产量约占世界糖产量的三分之二。如何增加甘蔗单位面积糖产量是目前亟待解决的问题。甘蔗茎中的薄壁细胞储存蔗糖,厚壁细胞消耗、运输蔗糖并积累纤维素,因为二者功能不同,很可能导致它们在糖分代谢过程中的表达存在差异。本研究对正处于糖分积累时期的薄壁细胞及厚壁细胞的转录组进行差异表达分析,并对其功能进行注释,旨在筛选出参与糖分积累的候选基因,初步了解糖分代谢调控的过程,为甘蔗遗传育种的后续研究提供思路。主要结果如下:(1)对成熟前期甘蔗高贵种LA-Purple第13节间的薄壁细胞和厚壁细胞转录组进行RNA-seq分析。转录本的总体表达量相对较低,高表达的基因较少,在FPKM值为0.3-10区域内的基因占89.12%,FPKM值为10-100区域内的基因占9.93%,FPKM值高于100的基因仅有0.95%。所有表达的基因功能主要集中在细胞过程、代谢过程、刺激响应和核酸结合转录因子活动等方面。(2)薄壁细胞和厚壁细胞的转录组存在明显差异。①二者表达的基因及其表达量分布范围不同。在两个组织中都表达的基因占总数的69.3%,只在薄壁细胞中表达的基因占总数的13.4%,只在厚壁细胞中表达的基因占总数的17.3%。②二者在功能方面有较大差别,薄壁细胞在免疫系统功能、转运蛋白活性和分子转导活性等方面的基因数量明显高于厚壁细胞。其它方面薄壁细胞中的基因数量几乎均小于厚壁细胞。(3)差异表达分析结果显示,薄壁细胞中差异表达基因的数目要明显少于厚壁细胞,只在厚壁细胞中的差异表达基因的数目是只在薄壁细胞中的差异表达基因的3.13倍。薄壁细胞的差异表达在转运蛋白活性和分子转导活性方面较为突出。差异表达基因的功能主要集中在代谢过程、刺激响应、催化反应等方面。厚壁细胞差异表达基因的表达量在分子功能调节、转录因子活性等方面均比薄壁细胞差异表达基因的表达量高2倍以上。(4)通过质谱分析得到LA-Purple在成熟期不同成熟阶段的节间中的糖分相关代谢物的差异。葡萄糖和果糖的含量随着茎的成熟,呈先升再降的趋势,蔗糖含量随着茎的成熟,持续升高。(5)通过注释分析薄壁细胞特异性差异表达基因的功能,筛选出18个与糖分代谢直接相关的基因。根据基因对应的产物将其分为八类,其产物分别为:①UDP类糖基转移酶、合成酶;②WRKY转录因子家族;③纤维素合酶、淀粉合成酶;④木糖基转移酶,木葡聚糖内转葡糖基酶,内切葡聚糖转移酶A3;⑤糖基水解酶超家族蛋白;⑥果糖激酶2、岩藻糖基转移酶1;⑦富含羟脯氨酸糖蛋白家族蛋白;⑧核苷酸二磷酸糖转移酶超家族蛋白。(6)结合LA-purple在苗期、成熟前期、成熟期的卷叶、正叶和节间的16个转录组数据,对上述18个基因进行表达模式分析。糖基转移和水解方面的基因包括③中的纤维素合酶及⑤、⑥、⑦、⑧。它们的表达模式大致相似:叶中的表达总体低于茎中的表达,并且在幼嫩的茎、叶中表达量高于成熟的茎、叶,即随着甘蔗的成熟,其表达量降低。其中,纤维素合成酶T012在茎中可能只参与薄壁细胞初生壁纤维素的合成。而富含羟脯氨酸糖蛋白家族蛋白基因T523可能在甘蔗较为幼嫩的时期作用于薄壁细胞细胞壁。UDP-糖基转移酶类、UDP-糖合成酶基因成员因为其作用的受体不同,它们在茎中的表达没有统一的模式。其中,UDP-糖基转移酶类T172可能与果糖、葡萄糖或其他某些糖分的糖基转移相关性更高,而T231和T711与蔗糖的糖基转移相关性更高。WRKY家族基因T318、T016在成熟前期的茎中表达量先降后升,在成熟期的茎中表达量先升后降,其功能可能和果糖合成有关。本研究系统的分析了甘蔗茎中薄壁细胞和厚壁细胞的表达差异、功能差异;筛选出薄壁细胞中特异表达的糖分代谢相关基因;对这些基因在甘蔗不同成熟时期表达量的变化模式及其可能的调控方式等进行了分析。为进一步研究甘蔗的糖分代谢相关基因调控机制奠定了基础。