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当植物遇到干旱、高盐以及低温等不利的生长环境时，会产生一系列复杂的生理生化反应以使植物能够忍受逆境以保证生存。研究并阐明植物适应逆境的机制是我们改良作物抗逆性的基础。本论文分别从遗传和表观遗传两个方面对普通小麦非生物胁迫相关基因TaNAC2、TaNAC6和TaGALT进行了功能分析，主要的研究内容如下：
1、小麦TaNAC6和TaNAC2基因的克隆与功能分析
NAC基因家族是植物特有的转录因子家族。NAC基因在植物的生长发育以及植物抵抗病害、逆境胁迫等方面都起着重要的作用。利用同源克隆的方法，从普通小麦中分离得到TaNAC6和TaNAC2两个基因的各三个同源的拷贝，序列分析结果表明，无论是TaNAC6还是TaNAC2的三个同源拷贝之间都具有完全一致的NAC结构域和高度相似的C端转录激活区，并且TaNAC6与TaNAC2的NAC结构域相似性也达到76％。在克隆TaNAC6和TaNAC2的基因组序列的基础上，利用Tail-PCR分离得到了TaNAC6的三个同源拷贝的启动子序列，软件预测分析显示序列内存在很多与逆境反应相关的顺式元件，并且三个启动子区的顺式元件差别不大，Promoter-GUS的初步分析表明TaNAC6主要在叶中表达。利用拷贝特异的PCR结合小麦中国春的缺体四体系列，将TaNAC6和TaNAC2的三个拷贝分别定位到了小麦基因组的第3和第5同源群的A、B、D染色体上。表达分析表明，TaNAC6和TaNAC2在所检测的组织中都有表达，但叶片中表达量明显高于其它组织；TaNAC6基因的表达受到高盐、干旱以及ABA的诱导；利用洋葱表皮细胞瞬时表达系统研究表明TaNAC6和TaNAC2蛋白都定位于细胞核；酵母单杂交实验证明了TaNAC6和TaNAC2蛋白具有转录激活活性，并且它们的转录激活域都位于蛋白的C端；利用酵母双杂交研究表明TaNAC6蛋白不但能形成同源二聚体，还能与TaNAC2蛋白形成异源二聚体；异源过量表达TaNAC6B基因的拟南芥植株幼苗表现出了对盐不敏感，但是对渗透胁迫敏感的特点，并且过表达植株内与ABA途径相关的基因ABF1和ABF4表达量上调，说明TaNAC6可能参与了植物对逆境反应的ABA调控途径。同时分别克隆了乌拉尔图小麦(AA)、拟斯卑尔脱山羊草(SS)、和粗山羊草(DD)中TaNAC6的同源基因TuNAC6,AesNAC6,AetNAC6,系统进化树分析结果与TaNAC6的三个同源拷贝的染色体定位结果一致，支持了普通小麦A、B、D组染色体起源于乌拉尔图小麦、拟斯卑尔脱山羊草和粗山羊草的学说。
2、渗透胁迫下小麦半乳糖基转移酶基因表达受基因序列上CG甲基化变化的调控
DNA甲基化是表观遗传的主要内容之一，它是真核生物基因组中DNA最普遍的修饰，具有重要的生物学功能。基因组上DNA甲基化模式并不是一成不变的，它会随着生物的生长发育和外部环境的变化而发生改变。利用甲基化敏感的AFLP(MSAP)对生长在正常水培条件和渗透胁迫条件(20％PEG)下的小麦幼苗的甲基化变化模式进行检测，93对引物一共检测到了99条具有甲基化变化的带，其中27条来自于叶，而根中检测到了72条。通过对这些具有甲基化变化带的序列比对发现其中一条与小麦的一条EST序列BQ805546完全匹配，利用Tail-PCR获得了BQ805546序列5端上游的序列后，利用RT-PCR克隆到一个可能的小麦半乳糖基转移酶基因TaGALT。 RT-PCR分析表明，TaGALT基因主要在叶片、根和种子里表达；在渗透胁迫下的小麦叶片中TaGALT的转录被诱导上调表达，而根中则没有变化。Bisulfite-sequenceing对TaGALT基因3端的250bp编码序列分析表明，在正常生长条件下，TaGALT基因编码序列上的CG双核苷酸序列都处于高度甲基化状态，而非CG序列的C则没有发现甲基化的存在。但生长在渗透胁迫下的小麦叶片中TaGALT编码序列的甲基化频率明显降低，根中则没有变化。当渗透胁迫处理的小麦恢复到正常生长条件时，叶片中TaGALT基因编码序列上的甲基化频率又恢复到正常水平。说明编码序列上的CG序列甲基化状态精细地调控着基因的转录表达。