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小麦面粉具有多种加工特性,这些加工特性主要取决于种子贮藏蛋白(SSP)的组成和含量。高分子量麦谷蛋白亚基(HMW-GS)是小麦SSP的重要组成部分,决定面团强度和弹性。HMW-GS由Glu-1基因编码,主要受转录水平因素调控。模式植物中已鉴定多种调控SSP合成的顺式作用元件(cis motif)和转录因子(TF),而Glu-1的转录调控机制尚缺乏系统研究。本研究从调控Glu-1表达的cis motif和TF两方面展开,主要研究结果如下:根据文献报道和PLACE数据库分析,在10个Glu-1基因1 kb启动子区发现30个保守motif,它们集中分布于3个保守顺式调控模块(CCRM)内:CCRM1(-300至-101区段)、CCRM2(-650至-400区段)和CCRM3(-950至-750区段)。采用逐段缺失的方式,将CCRM在Glu-1Dx2启动子逐个去除并将截短的启动子插入pUbi-GUS载体GUS报告基因上游。利用农杆菌转化方法获得小麦稳定转基因株系,通过检测GUS表达活性和组织特异性验证CCRM的调控功能。GUS染色、qPCR及GUS酶活性分析表明,CCRM2和CCRM3不调控基因表达胚乳特异性,但可提高Glu-1表达水平,含CCRM1的300bp启动子足以保证Glu-1在胚乳特异表达。此外,CCRM2和CCRM3也不调控Glu-1表达的起始时间,300 bp启动子即可维持Glu-1在花后7天精确起始并维持其在种子发育过程中的表达模式。对CCRM1进一步功能解析发现,CCRM1内CCRM1-2(-300至-209区段)仅控制Glu-1表达水平。CCRM1-1(-208至-101区段)不仅调控基因表达水平,而且是维持Glu-1胚乳特异表达的核心区段。选取CCRM2内-560至-460区段序列为诱饵序列,通过酵母单杂交筛选短柄草叶片cDNA文库,筛选到一个NAC家族转录因子BdNAC100。以BdNAC100为源序列,在小麦中克隆了BdNAC100的同源基因TaNAC100-2A、TaNAC100-2B和TaNAC100-2D,统称 TaNAC100。TaNAC100-2A、TaNAC100-2B 和 TaNAC100-2D 分别位于小麦2A、2B和2D染色体,它们均包含3个外显子和2个内含子,分别编码355、354和353个氨基酸。TaNAC100具备NAC蛋白保守结构域且定位于细胞核。系统进化分析表明,TaNAC100与调控植物发育的NAC蛋白聚为一类,且与BdNAC100和OsNAC2进化关系较近。TaNAC100可在小麦多个组织表达,其中种子、叶鞘和根中表达量较高,而茎中表达量较低。在种子发育过程中,TaNAC100在花后10天表达量最高,而后迅速下降直至种子成熟。烟草转录激活实验表明,TaNAC100可在本生烟草(Nicotianabenthamiana 中提高Glu-1启动子下游基因表达水平。过表达TaNAC100未显著影响小麦株高、开花期、穗长、千粒重、粒长和粒宽,但可提高种子总蛋白(16%-18%)(P<0.05)、Bx14(12%-26%)、By15(9%-41%)、Dx2(8%-47%)、Dy12(25%-32%)亚基和总HMW-GS(11%-38%)含量。本研究不仅有助于揭示Glu-1的转录调控机制,而且为定向改变种子HMW-GS含量,改良小麦加工品质奠定理论基础。