谷氨酰胺合成酶（GS）不仅是植物氮代谢的关键酶,还参与渗透调节剂脯氨酸及抗氧化剂谷胱甘肽的合成,在调控植物生长发育和逆境胁迫应答的过程中发挥重要作用。目前关于GS基因家族在拟南芥和水稻等模式作物中的研究较为透彻,小麦是异源六倍体作物,其基因组复杂且庞大,GS基因家族在小麦中的功能研究和调控机理尚未完全明晰。本文利用生物信息学的方法,对小麦谷氨酰胺合成酶（TaGS）基因家族成员进行全基因组鉴定,对其序列特征、进化方式及在多种非生物胁迫下的表达模式进行系统分析,并进一步研究了TaGS的调控机制和蛋白互作网络,为解析TaGS的生物学功能及小麦遗传改良研究提供理论基础,主要结果如下:1.利用BLASTP工具在小麦全基因组中共鉴定到12个GS基因,并在5个代表物种拟南芥、菜豆、苜蓿、水稻和玉米基因组中分别鉴定到6、5、5、4和6个GS基因成员,不同物种间GS的结构高度保守。通过进化树分析可将鉴定到的禾本科植物GS蛋白分为GS1-1、GS1-2、GS1-3和GS2四个亚族。根据染色体定位分析和同源关系,将TaGS基因重命名为TaGS1-1-6A/6B/6D、TaGS1-2-4A/4B/4D、TaGS1-3-4A/4B/4D、TaGS2-2A/2B/2D。所有TaGS蛋白p I＜7,呈现出弱酸性,TaGS2的氨基酸数量、分子量MW和等电点p I均高于TaGS1。基因结构、结构域和保守基序分析显示,同一亚组内GS基因具有相似的外显子和内含子结构,不同亚组间基因结构差异较为明显;大部分GS均包含Gln＿synth＿C和Gln＿synth＿N两个保守结构域以及9个高度保守的Motif基序。共线性分析和Ka/Ks比值表明,GS基因在进化过程中经历纯化选择,维持基因功能的保守性和稳定性,全基因组复制事件是小麦GS基因扩增的主要机制。2.表达谱分析显示TaGS基因参与小麦整个生长发育时期,具有组织特异性表达特点且响应多种非生物胁迫。TaGS1-1和TaGS1-2主要在根中大量表达,TaGS1-3和TaGS2主要在籽粒和叶片中表达。利用q RT-PCR对小麦12个TaGS基因在冷、热、盐和干旱胁迫下的表达变化进行分析,发现不同亚基因组上的TaGS同源基因具有相似的表达模式:在四种胁迫处理下,TaGS1-3在小麦幼苗的叶和根中均受到诱导表达,其表达量随着胁迫处理时间的增长先升高后降低;TaGS1-2在叶片中受到诱导表达,其表达量随着处理时间的递进逐渐增加,在根中的表达则受到抑制;TaGS2在根和叶中均下调表达,随着胁迫处理时间的增加表达量逐渐降低。3.TaGS受转录、转录后和翻译后多个水平上的精细调控。对TaGS基因的转录因子调控网络进行预测,发现ERF、MYB、LBD和NAC等与胁迫响应相关的TF家族可能与TaGS基因发生相互作用;TaGS启动子中含有多种光、激素、生长发育和逆境响应的元件,不同基因启动子上的顺式元件数量、类型和排列方式均存在差异;共有19个mi RNAs靶向12个TaGS基因,说明mi RNA在介导TaGS基因的表达过程中发挥重要作用;TaGS包含磷酸化、糖基化、S-亚硝基化、棕榈酰化、泛素化及SUMO化翻译后修饰位点,其中磷酸化位点和泛素化位点在所有TaGS中均存在,表明TaGS受多种翻译后修饰调节。4.TaGS蛋白可与多种蛋白相互作用,参与植物细胞内复杂的生理生化反应。利用酵母双杂交和IP-MS技术分别获得TaGS候选互作蛋白210个和133个,GO富集分析结果显示,互作蛋白主要参与光呼吸、离子转运、胁迫响应、有机物的代谢和合成等过程。通过以上两组方法共筛选到19个重叠潜在互作蛋白,包括参与磷酸化修饰的蛋白激酶结构域蛋白、F-box结构域蛋白、核苷二磷酸激酶以及参与泛素化修饰的RING-finger型E3泛素连接酶,主要定位在细胞质和叶绿体中,涉及植物生长发育、光合响应、细胞信号转导和胁迫应答等多重生物学过程。