非顺序衰老小麦是灌浆后期旗叶早于倒二叶衰老的一类小麦。而顺序衰老小麦是按照叶片发育早晚的顺序从下向上渐次衰老的一类小麦。与顺序衰老小麦相比,非顺序衰老小麦具有较高的产量和抗逆性。论文以顺序衰老小麦(NR9405)和非顺序衰老小麦(温麦19)为材料,应用数字基因表达谱技术对两种衰老类型小麦旗叶在扬花后25d、30d和32d的基因表达量进行检测,筛选花后25d和30d,30d和32d旗叶的差异表达基因,并对差异表达基因进行GO、KEGG富集分析和表达谱的加权基因共表达网络分析,从转录水平揭示小麦叶片顺序和非顺序衰老的形成机制及其在小麦生产中的应用价值。主要取得如下结论:1.顺序衰老小麦NR9405花后30d与25d相比,差异表达基因共计6659个,其中上调表达基因3404个,下调表达基因3255个;花后32d与30d相比,差异表达基因共计4058个,其中上调表达基因3017个,下调表达基因1041个。非顺序衰老小麦温麦19花后30d与25d相比,差异表达基因共计13609个,其中上调表达基因7454个,下调表达基因6155个;花后32d与30d相比,差异表达基因共计6321个,其中上调表达基因2669个,下调表达基因3652个。数据表明,非顺序衰老小麦在衰老过程中涉及的差异表达基因数量更多,说明其基因调控模式更加复杂和精细。2.通过差异表达基因的GO富集分析,两种衰老类型小麦上调基因显著富集的主要GO条目有:环境胁迫响应、脂肪酸α氧化、细胞死亡、DNA分解代谢、自噬、水解酶、转移酶、转运、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶等。下调基因显著富集的GO条目有:光合作用、光的捕获、光合电子传递链、叶绿素的生物合成过程、叶绿体机体等。与顺序衰老过程相比,非顺序衰老过程中自噬、海藻糖生物合成过程、海藻糖磷酸酶、蔗糖合成酶等相关基因极显著上调表达,这有利于保持叶片水分,促进叶片碳和氮的转运,提高小麦籽粒产量。3.顺序衰老小麦NR9405旗叶花后30d与25d相比,差异表达上调基因显著富集KEGG路径总计48条,下调基因显著富集KEGG路径总计33条;花后32d与30d相比,差异表达上调基因显著富集KEGG路径总计37条,下调基因显著富集KEGG路径总计26条。非顺序衰老小麦温麦19旗叶花后30d与25d相比,差异表达上调基因显著富集KEGG路径总计79条,下调基因显著富集KEGG路径总计41条;花后32d与30d相比,差异表达上调基因显著富集KEGG路径总计48条,下调基因显著富集KEGG路径总计47条。数据表明,非顺序衰老过程中,显著富集的生物学代谢路径更多,说明其受控的调控路径更复杂。4.两种衰老类型小麦差异表达上调基因显著富集KEGG路径主要集中在碳水化合物代谢、各种氨基酸代谢、物质转运和自噬路径上,说明在衰老过程中,小麦叶片进行着较旺盛碳氮代谢活动,特别是蛋白质的分解和氨基酸的转运过程与顺序衰老相比,非顺序衰老与氮代谢有关路径涉及的上调基因数量明显较多(非顺序衰老总计709个,顺序衰老总计393个),表明非顺序衰老过程中,叶片氮向籽粒转运活跃,这有利于提高籽粒品质。自噬路径在非顺序衰老小麦中显著上调富集,而且比顺序衰老小麦发生较早,参与的基因数更多,这也表明非顺序衰老有利于叶片碳氮向籽粒的转运。下调基因显著富集KEGG路径主要集中在光合作用蛋白、光合作用、光合作用-天线蛋白、光合生物中的碳固定、卟啉和叶绿素代谢等路径。5.通过加权基因共表达网络模块筛选两种衰老类型小麦的核心基因,结果表明:顺序衰老小麦NR9405在衰老过程中的核心基因总计12条,与氮代谢相关的基因有2个,主要功能为蛋白质的分解和甘氨酸的裂解。与碳代谢相关的基因有4个,主要功能是转移己糖基酶、碳水化合物代谢过程、光系统II释放氧气复合物和叶绿体异淀粉酶复合物。与物质转运相关的基因1个,主要功能是膜转运。非顺序衰老小麦温麦19在衰老过程中的核心基因总计16个,其中与氮代谢有关的基因4个,主要功能为转录调控、核糖体和翻译、半胱氨酸合酶和半胱氨酸生物合成。与碳代谢有关的基因有4个,主要功能为转移己糖基酶、叶绿素生物合成、碳水化合物代谢和养分库活性。与转运有关的基因有3个,主要功能为底物特异性跨膜转运蛋白、钾离子跨膜转运蛋白和质子运输ATP合酶。细胞对磷酸盐饥饿反应基因1个。