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随着全球变暖,极端高温天气发生的频率不断增加且强度变大,严重影响了小麦的产量和品质。小麦作为主要粮食作物,其产量对国家粮食安全具有重大贡献。但是由于小麦基因组的复杂性以及大规模田间耐热性鉴定的实际困难,采用正向遗传学的方法研究小麦耐热性存在诸多限制因素。因此,采用反向遗传学的手段鉴定耐热相关基因,并运用到小麦育种工作中,培育出耐热性的品种具有非常重要的意义。在本实验前期利用Affymetrix Genechip(?)Wheat Genome Array分析了小麦热胁迫响应差异表达谱的基础上,分离克隆小麦热胁迫响应基因,进行功能鉴定,为通过转基因手段提高小麦的耐热性奠定基础。本研究的主要结果如下:1、克隆到探针号"Ta.681.1.S1_x_at"对应基因的完整ORF,该基因编码一个铁蛋白。根据已发表的小麦铁蛋白基因序列,通过序列比对将该基因定位到小麦基因组的5B染色体上,并命名为TaFER-5B。分析了TaFER-5 基因在高温、PEG、H202及高浓度铁盐处理条件下的表达模式,结果表明,该基因表达受到高温、PEG、H202及高浓度铁盐的诱导。为了研究TaFER-5B基因的生物学功能,我们将该基因超表达转基因到小麦品种冀麦5265、拟南芥野生型及拟南芥铁蛋白四突变体fer1-2-3-4中。在热胁迫条件下,TaFER-5B降低了转基因小麦和拟南芥的离子渗漏率,提高了叶绿素荧光参数Fv/Fm,并且能够恢复拟南芥铁蛋白四突变体fer1-2-3-4的热敏感表型。通过这些结果证明,TaFER-5B提高了转基因小麦和拟南芥的耐热性。并且分析了转基因植株体内活性氧化物质的积累情况,在热胁迫条件下,转基因植株中积累的氧化物质更少,这说明TaTER-5B提高转基因植株的耐热性可能与铁蛋白基因参与的活性氧清除机制有关。同时分析了在旱胁迫、氧化胁迫和高浓度铁盐胁迫条件下的表型变化,以总根长为试验指标,证明TaFER-5B提高了转基因小麦和拟南芥的抗旱、抗氧化胁迫及抗高浓度铁盐胁迫的能力。2、实验室前期克隆到探针号"Ta.4874.1.S1_at"对应基因的完整ORF,并且证明该基因提高了转基因酵母的耐热性。在此基础上,进一步分析发现该基因编码一个质体外膜蛋白,命名为TaOEP16-2。利用中国春缺体四体系将该基因所对应的三个部分同源基因分别定位于小麦基因组第五部分同源群的5A、5B和5D染色体上。分析了在高温、PEG及ABA处理条件下的表达模式,结果表明,TaOEP和 6-2-5A、FaOEP16-2-5D基因都受到高温、PEG 及 ABA的诱导表达,但在表达强度上ABD部分同源基因之间存在分化。为了研究TaOEP16-2基因的生物学功能,我们挑选了受高温诱导表达最明显的TaaOEP16-2-5B基因构建了超表达载体,并将其转基因到拟南芥中,以成活率,离子渗漏率和失水速率为试验指标,证明了转基因拟南芥相对于野生型耐热性和抗旱性提高。3、实验室前期克隆到热胁迫响应基因TaPEPKR2并验证了其表达模式。为了研究TaPEPKR2基因的生物学功能,我们将该基因超表达转基因到拟南芥中,以成活率,离子渗漏率和失水速率为试验指标,证明TaPEPKR2提高了转基因拟南芥的耐热性和抗旱性。为了进一步研究TaPEPKR2基因的生物学功能,我们又将TaPEPKR2超表达转基因到小麦品种辽春10号中,以离子渗漏率为试验指标,证明TaPEPKR2提高了转基因小麦的耐热性;以总根长为试验指标,证明TaPEPKR五提高了转基因小麦的抗旱性。