为了进一步提高C3植物小麦的产量水平，本实验室采用同源克隆的方式已从C4植物玉米自交系Z561克隆了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶Zmpepc基因，并采用基因枪法导入到普通小麦品种周麦19之中，以期利用Zmpepc基因提高小麦的光合速率，进而实现小麦品种生物学产量及籽粒产量的提高。本研究对已获得的57个转基因T4代株系进行了分子与光合功能鉴定，获得了该基因高表达的纯合株系和高阳性率株系，并以此为材料研究了Zmpepc基因对小麦内源光合相关基因表达的影响效应，以探讨玉米C4途径关键基因Zmpepc改良小麦光合性能的机制，获得以下研究结果:　　1.经PCR检测在57个转Zmpepc基因T4代株系中筛选到1个阳性率为100％的纯系08T(1)-27-3-22-1和2个高阳性率株系08T(1)-45-3-2-2(71.43％)和08T(1)-51-4-5-6(91.89％)。拷贝数分析结果表明Zmpepc基因以1-2个拷贝整合到转基因小麦基因组的不同位点，其中转基因株系08T(1)-27-3-22-1和08T(1)-51-4-5-6表现为单拷贝整合;08T(1)-45-3-2-2以1-2个拷贝整合。转基因株系08T(1)-27-3-22-1、08T(1)-45-3-2-2、08T(1)-51-4-5-6中Zmpepc基因的相对表达量分别为对照的1.76倍、1.55倍和1.59倍，差异均达显著水平。Western杂交结果表明Zmpepc在小麦中能够正常翻译。　　2.Zmpepc基因导入小麦后可显著提高植株的净光合速率和PEPC酶的活性，并对其产量性状产生影响。3个转基因株系抽穗期旗叶净光合速率测定结果表明，08T(1)-27-3-22-1、08T(1)-45-3-2-2和08T(1)-51-4-5-6的旗叶净光合速率分别比对照提高17.04％、10.39％和9.92％，其中08T(1)-27-3-22-1的旗叶净光合速率最高，为29.6μmol·m-2·s-1。酶活测定结果表明，转基因株系08T(1)-27-3-22-1、08T(1)-45-3-2-2和08T(1)-51-4-5-6中PEPC酶活性分别为对照的2.82倍、2.04倍和2.44倍，其中08T(1)-27-3-22-1与对照相比增幅最大。单株产量结构分析结果表明，转基因小麦的单穗重和千粒重与对照相比均明显提高，具有提高小麦产量水平的潜力。　　3.转基因植株中Zmpepc基因的表达使小麦内源光合相关基因ppdk、nadp-me、rbcL的表达明显上调，相应的酶活性在转基因植株中均比对照有所提高。外源Zmpepc的导入，使得转基因植株内pepc、ppdk、nadp-me、rbcL基因的相对表达量分别比对照提高0.63倍、0.45倍、0.36倍和0.82倍，rbcS相对表达量相比对照略微上调。酶活性测定结果表明，转基因植株内PEPC、PPDK、NADP-ME和RuBPc酶的活性分别比对照提高1.43倍、0.13倍、0.38倍和0.21倍。　　4.在田间自然条件下，对抽穗期纯系08T(1)-27-3-22-1和受体周麦19的旗叶进行表达谱分析，共获得456个差异表达基因，其中有229个基因上调表达，227个基因下调表达，实时荧光定量PCR的验证结果与芯片结果基本一致，证明芯片结果是可靠的。功能已知的差异基因分为9类，包括生物代谢、逆境胁迫反应、光合作用、细胞壁、信号传导、转录因子、发育相关、转运蛋白、激素等。通过分析发现，与对照周麦19相比，转基因植株中与光合作用、生物和非生物胁迫、氨基酸代谢、碳水化合物代谢、次生代谢等密切相关的基因表达量上调，在田间自然条件下，这些基因的高表达为转基因植株的高光效特性、光抑制特性提供了分子证据。　　5.通过构建无筛选标记Zmpepc基因植物高效表达载体，并利用基因枪介导法将线性无筛选标记Zmpepc基因的表达框转入到普通小麦栽培品种中，获得的转基因植株为后续Zmpepc基因小麦的育种工作提供了材料。