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干旱是影响小麦生长和产量的主要因素之一。植物的耐旱性与干旱诱导基因的表达呈正相关。干旱诱导基因在植物耐旱中发挥重要功能。胚胎发育晚期丰富（Late embryogenesis abundant,LEA）蛋白是一类高度亲水的蛋白质,在胚胎发育晚期可以在种子大量积累,或在干旱、高盐、低温等脱水胁迫条件下,在营养组织中大量积累。LEA蛋白可以在细胞缺水情况下保护蛋白质、核酸和膜脂质等。研究LEA蛋白的表达模式、结构和功能,为进一步揭示小麦抗旱分子机制和遗传育种提供理论依据。本研究利用Label-free定量蛋白质组学技术与方法,分析干旱胁迫下两种不同耐旱性小麦品种LEA蛋白表达模式,鉴定与小麦抗旱性相关的LEA蛋白,分析其理化性质和功能。根据蛋白质组学分析结果,我们在小麦中克隆了1个新的LEA5C基因TaLea14-A和2个类似于LEA蛋白的基因wsh1和wsh2。分析TaLea14-A和WSH1蛋白结构和二者在非生物胁迫中的功能。本文主要研究结论如下:1.对两种耐旱性能不同的小麦叶片进行了蛋白质组学分析,筛选到38个LEA蛋白和同源物,可分8个不同的亚类,即Dehydrin、LEA4、LEA1、LEA2、ABAWDS、LEA4-like、a novel class of LEA proteins和unclassified。结果表明,LEA蛋白和非LEA蛋白的表达类型、丰度与小麦的生长条件和基因类型有关。38个LEA蛋白中,有32个LEA蛋白在陕合6号小麦或两种小麦中均组成型地表达,说明这些LEA蛋白参与小麦幼苗正常生长发育。20个LEA蛋白干旱胁迫后丰度变化显著,与小麦耐旱性相关。2.采用qRT-PCR对13个代表性LEA基因进行了转录分析。干旱胁迫后,陕合6号小麦中所有LEA基因的转录水平与蛋白表达水平呈现相同的趋势。在郑引1号小麦中的情况有所不同,3个LEA基因转录和编码蛋白表达呈现不同的趋势,分别是O65216、M7ZBB0和M7YN16。3.从干旱胁迫的小麦叶片中克隆到LEA相关基因TaLea14-A和wsh1,分析表明,TaLea14-A属于LEA5C亚家族蛋白,含有1个WHY结构域,具有弱亲水性。WSH1蛋白与不含任何已知LEA蛋白家族结构域的LEA蛋白有很高的同源相似性,亲水性强,具有1个卷曲螺旋结构域,蛋白特性与LEA蛋白相似,是小麦中新的类似于LEA的蛋白。两种蛋白在水稻细胞原生质体中均定位于细胞核、细胞质和细胞膜中。4.实时定量分析表明,小麦TaLea14-A的表达明显受到外源ABA、干旱、高盐和低温胁迫诱导。wsh1基因的表达可被激素ABA、干旱和高盐胁迫诱导,但被低温胁迫抑制。5.FTIR光谱分析表明,TaLea14-A在水合状态下具有较多的β-折叠二级结构,另外还具有α-螺旋和无规则卷曲二级结构,干燥脱水没有诱导TaLea14-A蛋白的聚集,但β-折叠和β-转角含量明显增加。水合态WSH1主要具有α-螺旋结构,干燥后结构发生变化,形成了更多的α-螺旋结构,此外还有β-折叠和β转角结构。说明干燥脱水后,TaLea14-A和WSH1结构发生了变化。6.体外实验表明,TaLea14-A可以抑制LDH受冻融、高温和干燥诱导的失活。在冷冻、高温和干燥胁迫下,WSH1蛋白可以降低LDH酶活性,增加冷冻、高温和干燥胁迫对LDH的损伤。FTIR光谱数据证明,干燥后的LDH有少量分子间β-折叠聚集,说明干燥条件下聚集不是LDH酶失活的主要因素。表明TaLea14-A蛋白在干燥条件下,对LDH酶的保护机制除了抑制聚集外,可能还存在其它机制。7.TaLea14-A在大肠杆菌中的过表达提高了大肠杆菌对低温、高温、高盐、氧化胁迫以及PEG模拟的干旱胁迫的耐受性,促进了正常条件下大肠杆菌的生长。对转基因拟南芥研究表明,在干旱胁迫下,转基因拟南芥与野生型相比表现更强的耐旱性。像脯氨酸大量积累、抗氧化酶的活性增加等。体内原核表达证明,在干旱、高盐和氧化胁迫下,WSH1抑制了大肠杆菌的生长,与正常条件下相比,抑制作用更强。在低温和高温胁迫下,WSH1降低了大肠杆菌的存活能力。表明WSH1蛋白是具有抗菌活性的蛋白。