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小麦(Triticum aestivum L.)是我国最重要的三大粮食作物之一,同时也是人类重要的蛋白质食物来源,约占世界主食的35%。然而,由于全球气候变暖,水资源短缺已是全球性危机,干旱成为限制世界粮食生产的最主要因素。因此,解析植物耐旱机理对保障粮食供给具有重要意义。扩展蛋白是一种能够调节细胞壁松弛和细胞延伸生长的细胞壁蛋白,研究发现其参与植物生长发育和逆境响应等过程。实验室前期从小麦品种‘旱丰9703’中克隆得到一个扩展蛋白基因TaEXPA2,并异源转化模式植物烟草和拟南芥。为了更深入地研究TaEXPA2在小麦干旱胁迫耐性中的功能,本研究将该基因同源转化小麦,获得过表达和沉默TaEXPA2的转基因小麦植株,分析了TaEXPA2在小麦干旱胁迫耐性中的功能并探讨了该基因参与小麦耐旱性调控的机制。主要结果如下:(1)采用基因组PCR、荧光定量PCR和Western Blot的方法,对TaEXPA2转基因小麦进行筛选鉴定,最终选取两个过表达株系(TaEXPA2-OE-2和TaEXPA2-OE-7)和两个沉默株系(TaEXPA2-RNAi-1和TaEXPA2-RNAi-5)用于后续研究。(2)分别对幼苗期和抽穗期的TaEXPA2转基因小麦进行自然干旱处理,结果显示,干旱胁迫下,与野生型(WT)植株相比,过表达TaEXPA2的转基因小麦生长状况较好,表现为鲜重较大,存活率较高,光合能力较强。而沉默TaEXPA2的转基因小麦则相反。表明TaEXPA2正调节小麦的耐旱性。(3)从水分状况方面,分析了TaEXPA2转基因小麦耐旱性的生理机制。结果显示,干旱胁迫下,与WT植株相比,过表达TaEXPA2的转基因小麦的相对含水量较高,失水率较低,并且渗透调节物质积累量较多。而沉默TaEXPA2的转基因小麦则相反。表明TaEXPA2可能通过调节转基因小麦的水分保持能力和渗透调节物质的积累来影响小麦的耐旱性。(4)从抗氧化能力方面,分析了TaEXPA2转基因小麦耐旱性的生理机制。结果显示,干旱胁迫下,与WT植株相比,过表达TaEXPA2的转基因小麦的ROS积累量较低,抗氧化酶活性较高,并且抗氧化酶相关基因的表达水平相对较高。而沉默TaEXPA2的转基因小麦则相反。表明TaEXPA2可能通过影响转基因小麦的抗氧化酶系统来调节抗氧化酶活性和ROS的积累,进而调节小麦的耐旱性。(5)根系生长与小麦的耐旱性关系密切。采用20%PEG6000溶液模拟干旱胁迫,对TaEXPA2转基因小麦进行处理。结果发现,经20%PEG6000溶液处理之后,过表达TaEXPA2的转基因小麦根系更为发达,表现为较高的根干重、根体积和根系活力。而根长在各植株之间没有特别明显的差异。通过对不同处理时间节点TaEXPA2转基因小麦的侧根生长状况进行统计,结果发现,过表达TaEXPA2的转基因小麦具有更多的侧根原基和侧根数量,且这种差异随着处理时间的延长而不断增大。以上结果表明,干旱胁迫下,过表达TaEXPA2能够促进转基因小麦侧根的生长,进而提高小麦在干旱胁迫下的吸水能力,这可能是TaEXPA2正向调节小麦的耐旱性的一个重要原因。(6)通过酵母单杂交和烟草瞬时转化实验证明,从小麦根中分离得到的一个MYB转录因子TaMPS,能够与TaEXPA2的启动子结合,并激活其表达。干旱胁迫同样能够诱导小麦根中TaMPS的表达。将TaMPS异源转化拟南芥,结果发现,在干旱胁迫下,过表达TaMPS提高了转基因拟南芥的侧根数量,这与过表达TaEXPA2转基因小麦的根系表型一致。综上所述,TaEXPA2正向调节小麦的耐旱性。其生理生化机制至少包括以下三个方面:首先,TaEXPA2可能通过提高转基因小麦渗透调节物质的积累,保持水分稳定性来增强其耐旱性。其次,抗氧化能力的提高减少了细胞内ROS的积累,进而提高了小麦的耐旱性。再次,TaEXPA2能够促进转基因小麦侧根的生长,进而提高小麦在干旱胁迫下的吸水能力,增强其耐旱性。在分子调控方面,MYB型转录因子TaMPS能够与TaEXPA2的启动子结合,并激活其表达。这可能是导致TaEXPA2促进干旱条件下转基因小麦侧根的生长的一个重要原因。这些发现可以为培育耐旱性强的小麦新品种提供有价值的理论基础。