玉米(Zea mays L.)是当今世界最重要的粮食作物和饲料作物之一,也是目前全世界产量最高的农作物。玉米生长发育所需的能源来自于光合作用产生的碳水化合物。碳水化合物以糖(包括蔗糖、单糖和糖醇)的形式转运到玉米根、种子和花等异养组织以供着这些组织的生长发育,也能作为信号分子和渗透调节物在响应非生物胁迫中起作用。糖转运蛋白是玉米体内糖分子转运的功能蛋白,目前关于玉米糖转运蛋白基因功能的研究较少,探索玉米糖转运蛋白基因家族的演化规律和基因功能,对玉米品质的分子改良和调控生物量的积累具有理论指导意义。本研究通过利用植物拟南芥各糖转运蛋白基因家族的保守结构域进行玉米基因组数据库BLASTP分析,检索了玉米全基因组的糖转运蛋白;通过对各基因家族的序列特性、系统演化和表达模式与功能特性的初步研究,为玉米糖转运蛋白的功能的深入研究提供基础,同时为玉米分子育种与糖性状的调控提供理论依据和基因资源。主要结果如下:1.通过BLASTP同源比对分析,在玉米全基因组中共鉴定了97个糖转运蛋白基因,与其他物种一样分属于MFS和MtN3_slv两个超家族。根据序列特征和物种内的基因聚类可分为9个亚家族,分别是:SUT(Sucrose transporter)、STP(Sugar transport proteins)、SFP(Early response to dehydration-like)、PMT(polyol/monosaccharide transporter)、INT(inositol transporter)、pGlcT(plastidic glucose transporter)、TMT(tonoplastic monosaccharide transporters)、VGT(vacuolar glucose transporters)和SWEET(Sugars Will Eventually be Exported Transporters)。2.跨膜结构域分析结果表明,属于MFS超家族的8个家族具有MFS家族典型的8-12个TMDs结构;SWEET蛋白属于典型的MtN3_slv家族,24个成员中除了ZmSWEET3b外,其余SWEET蛋白都具有6-7个TMDs结构。3.通过分析各家族基因的序列特征和基因结构发现,玉米糖转运蛋白各基因家族内部进化保守。基因家族的成员具有相同的保守基序,且存在大量的保守氨基酸残基位点,相同或相似的外显子分布,同时结果发现,内含子的插入或缺失是造成基因长度变化的重要原因。4.通过构建涵盖苔藓类、蕨类、无油樟、单子叶和双子的植物的系统演化树发现,玉米在PMT家族发生了扩张,而SFP家族发生了基因丢失现象。在玉米中存在着最早与卷柏处于同一分支的基因,ZmSTP14是玉米STP家族中最早演化的基因。ZmSUT2是玉米中最早产生进化最保守的SUT基因,同无油樟和双子叶植物分布在一个分支,同时在旁边还有苔藓和蕨类植物的SUT基因存在。而其他的基因家族中ZmINT1、ZmpGlT3/4、ZmPMT1、ZmSFP4、ZmSTP14、ZmTMT4、ZmVGT1分别是各自家族中起源最早的基因,有着与无油樟和双子叶植物共同的祖先。5.染色体定位结果显示,玉米的97个糖转运蛋白基因不均匀的分布在所有染色体上,其中第6条染色体只含有3个基因,其它染色体均有5个以上基因分布;且基因在染色体上的分布位置也不平衡,集中分布在两端。分析发现,存在13个基因参与基因串联复制形成了5个串联复制区;有28个基因与染色体片段复制有关,形成5个片段复制区。6.通过表达谱与半定量进行基因的表达模式分析表明,大多数同源基因具有相似的表达模式;存在一些组织特异性表达的基因,表明这些基因对特异表达的组织的发育有重要作用;通过候选基因的酵母互补实验结果表明:ZmSTP13b具有葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖转运活性,ZmPMT2只能转运葡萄糖、果糖和甘露糖。