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小麦是C3植物,光合效率较低,利用基因工程手段将C4光合途径导入其中提高其光合效率具有极大的潜力。谷子近来成为遗传与基因组研究的重要C4模式植物。为了解C4途径关键基因在小麦和谷子的表达模式,本研究首先明确了 4种C4途径关键酶编码基因（PEPC,NADP-ME,MDH,PPDK）在普通小麦中的同源基因,进而测定了其在59份普通小麦品种的三个关键生育期的旗叶中的表达模式和酶催化活性,并在2014-2015,2015-2016两年间在田间测定了这些材料的净光合速率、生物量和产量,以探究其对小麦光合作用的影响。其次于2016年夏季,在温室中种植了两个谷子品种（豫谷1和雁谷22）,分析了其C4途径关键基因（SiPEPC、SiNADP-ME,SiMDH和SiPPDK）在其不同器官中的表达模式。取得的主要结果如下:1.小麦中C4光合途径关键酶基因的鉴定及其表达模式分析根据玉米中的C4光合途径关键酶编码基因（ZmPEPC,ZmNADP-ME,ZmMDH,ZmPPDK）的序列,鉴定了其在小麦中的同源基因,并将其定位到小麦的A、B、D染色体组上。TaPEPC位于3号和5号染色体长臂,TaNADP-ME位于1号和3号染色体短臂,TaMDH位于1号和7号染色体长臂,TaPPDK位于1号染色体长臂。对其在59份小麦种质的抽穗、开花和灌浆三个时期的旗叶中的表达分析显示,C4光合途径关键酶基因在这些小麦种质的旗叶中均表达,且存在显著差异。四种C4途径关键酶活性在小麦中的表达模式不同,PEPcase和PPDK在开花期有所降低,灌浆阶段略有增加。而NADP-ME和MDH在三个阶段表现出降低的趋势。进一步分析发现,TaPEPC5、TaNADP-ME1和TaMDH7表达量高的小麦品种与中和低表达量的品种在抽穗期和灌浆中期旗叶的光合速率存在显著差异,且这三个时期的TaPEPC5和TaMDH7和表达量与净光合速率和单株产量显著正相关,MDH在抽穗期和灌浆期的活性与产量显著正相关,而PEPCase和PPDK的活性仅在灌浆中期与单株产量显著正相关。2.谷子内参基因的筛选及C4光合途径关键酶基因的表达模式分析选择合适的参考基因并对其表达标准化,可提高C4基因在谷子中表达模式分析的准确性。我们选取8个内参基因进行标准化分析,从中筛选出Actin-7、APRT、TLE三个最稳定的内参基因,并进一步用来分析C4基因的表达。结果显示:相对于穗、根、及种子,C4基因在旗叶中的表达更丰富。SiPEPC4、SiNADP-ME5、SiPPDK3和SiMDH6是表达最高的亚型,而SiMDH2和SiPPDK5的表达水平最低,SiMDH3在两个品种的所有器官中几乎没有检测到表达。总之,以上结果表明,C4光合途径关键酶基因在59个普通小麦中具有不同的表达模式和酶催化活性,分布在各染色体上的每个C4基因的三个拷贝都具有一致的表达模式。这些研究结果对提高小麦的光合能力具有重要意义。C4光合途径关键酶基因在谷子旗叶中的表达高于在普通小麦品种中,将有助于了解C4光合基因在模式植物中的表达模式。