小麦（Triticum aestivum L.）是我国三大粮食作物之一,提高小麦单产是小麦分子育种研究的热点之一。利用植物发育相关基因进行分子育种,提高小麦产量,对于保障粮食安全体系具有重要意义。本研究从小麦中克隆了WOX转录因子家族现代进化支成员中的WOX2和WOX3的同源基因并进行了进化树和时空表达模式分析,进而研究该基因在小麦中的生物学功能。主要结果如下:本研究利用Ensembl Plants数据库,搜索拟南芥WOX2和WOX3的全长氨基酸序列,并且对其进行BLAST检索。结果表明,TaWOX2基因位于5号染色体上,TaWOX3基因位于1号染色体上。我们以中国春和Fielder的胚为材料,设计特异性引物,通过RT-PCR技术成功克隆了三个TaWOX2基因,分别命名为TaWOX2-5A、TaWOX2-5B和TaWOX2-5D,分别编码241、241和242个氨基酸,含有Homeodomain结构域和WUS-box结构域;通过RT-PCR技术克隆获得了三个TaWOX3基因,分别命名为TaWOX3-1A、TaWOX3-1B和TaWOX3-1D,它们分别编码263、264、267个氨基酸,含有Homeodomain结构域WUS-box结构域。通过系统进化树分析,发现TaWOX2s与拟南芥的At WOX2位于同一分支,亲缘关系较近,TaWOX3s与At WOX3位于同一分支,亲缘关系较近。亚细胞定位结果显示,TaWOX2和TaWOX3蛋白均定位于细胞核内。通过实时荧光定量PCR分析发现,TaWOX2基因在中国春小麦的籽粒、小花原基等部位均有不同程度的表达,表达水平最高的部位为籽粒,TaWOX3基因在中国春小麦的籽粒和小花原基等均有不同程度的表达,表达水平最高的部位为籽粒。为了研究在小麦中TaWOX2和TaWOX3基因的生物学功能,我们构建了TaWOX2和TaWOX3的过表达载体和ami RNA载体,选取Fielder小麦的幼胚为受体材料,进行农杆菌介导的遗传转化。目前已获得TaWOX2-5D-OX、TaWOX3-1A-OX、ami RNA-TaWOX2和ami RNA-TaWOX3的T1代阳性植株。实时荧光定量PCR结果显示,TaWOX2-5D和TaWOX3-1A在过表达转基因植株中表达水平明显上调,TaWOX2s的表达水平和TaWOX3s的表达水平在ami RNA-TaWOX2和ami RNA-TaWOX3植株中明显下调。与对照Fielder相比,TaWOX2-5D-OX和TaWOX3-1A-OX转基因小麦植株株高增长,穗长增长,籽粒变大,粒重增重。ami RNA-TaWOX2和ami RNA-TaWOX3转基因小麦株高降低,穗长变短,籽粒变小,粒重明显减轻。这表明提高小麦基因TaWOX2和TaWOX3的表达水平能够有效促进小麦籽粒增大、显著提高粒重。解剖学的观察结果显示,TaWOX2-5D-OX和TaWOX3-1A-OX转基因小麦糊粉层细胞显著增大,ami R-TaWOX2和ami R-TaWOX3转基因小麦糊粉层细胞显著变小。综上所述,作为植物发育相关转录因子家族WOX家族的现代进化支成员,TaWOX2和TaWOX3在小麦籽粒中有较高的表达水平,影响小麦籽粒的生长发育,而过表达TaWOX2和TaWOX3可显著提高籽粒大小和粒重,说明TaWOX2和TaWOX3是籽粒大小和粒重的正调节因子。本研究结果为创制小麦大粒新种质奠定了良好基础,也为小麦分子育种提供了潜在的优良基因源。