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小麦（Trticum aestivum）是世界上主要粮食作物之一，也是世界范围内种植最广的粮食作物，小麦品质改良和抗病育种一直是小麦育种的重要目标。
小麦的面粉品质主要由高分子量麦谷蛋白和低分子量麦谷蛋白亚基类型及含量决定的，低分子量麦谷蛋白约占谷蛋白总量的40％，在小麦的营养品质和面粉加工过程中有重要作用。低分子量麦谷蛋白基因(LMW-GS)根据其成熟蛋白第一个氨基酸的类型主要可分为LMW-s(serine)，LMW-m(methionine)和LMW-i(isoleucine)三种类型，它们对小麦品质的影响较大，特别是LMW-s型亚基，与优质的关系最密切。蛋白电泳及转录组研究表明，这类基因在转录和翻译水平上可能存在一定差异，即可能存在转录效率不同或mRNA选择性翻译现象。LMW-m型亚基在种子中含量丰富，其mRNA在转录本中的丰度也较高，而LMW-s型亚基在种子中含量丰富但其转录本却很难发现，可能其mRNA的翻译效率较高。影响翻译效率的因素有很多，考虑到LMW-GS信号肽非常保守，LMW-s和LMW-m分子之间差异很小，所以在这种情况下影响翻译效率的因子可能是5UTR。根据文献报道，5UTR中单核苷酸的突变可能对翻译效率产生很大的影响。本研究主要是找到这类基因的5UTR差异，阐明其特征及对翻译效率的影响。以优质小麦品种“小偃54”为研究材料开展上述研究，得到主要结果如下:
构建了小偃54未成熟种子的cDNA文库，该文库能够如实反映LMW-GS三种类型在转录组中的丰富程度。利用PCR法筛选文库，对获得的阳性克隆进行测序分析，得到11条含有5UTR的LMW-GS序列，它们全部为LMW-m，说明该类型在转录组中的丰度很高。进一步通过5RACE方法，克隆获得14条含有5UTR的LMW-GS序列，其中11个LMW-m类型;2个LMW-s类型;1个LMW-i类型;在11个LMW-m类型中，有一个为假基因。将已得到的25条LMW-GS和NCBI上已有的LMW-GS序列进行Blastn分析，发现LMW-GS三种类型的5UTR存在单核苷酸多态性(SNP)。其核苷酸序列为ACCAACACUAGUUAACACu/cAg/aUCCACa/c(a)(u)(g)AAGACCUUCCUCG。以起始密码子的A为+1位，-1位在LMW-i中为A，而其它两种类型的为C;-7和-9位在LMW-s分别为G和U，而在其它两种类型中分别为A和C，推测这些SNP可能影响翻译效率。利用可能影响翻译效率的序列构建不同类型植物表达载体，以GUS为报告基因。通过基因枪转化小麦种子和农杆菌侵染小麦愈伤，定性分析GUS的表达水平，结果表明:与对照相比，3种类型的5UTR都能够提高翻译效率，其增强程度依次表现为LMW-s、LMW-m＞LMW-i。通过对5UTR的比较推测，LMW-GS基因起始密码子附近的最优序列为TCCACCaugA。
小麦赤霉病是一种世界性病害，主要致病菌为禾谷科镰刀菌（Fusariumgraminearum schwabe），是影响小麦高产、稳产和品质的重要因素之一。禾谷科镰刀菌能够产生多种单端孢霉烯族毒素(Trichothecenes)，该毒素可使人、畜中毒，不仅影响小麦的品质和商品价值，还严重危害人、畜的健康。进行小麦品种改良，培育抗性品种是减轻小麦赤霉病危害的根本途径。研究禾谷科镰刀菌和小麦宿主互作的分子机制，寻找一些致病或抗病相关基因，无疑对赤霉病的防治有着重要意义。本研究在酵母中构建了镰刀菌诱导的两个抗赤霉病小麦品种苏麦3号和望水白的cDNA表达文库，利用酵母双杂交技术(Y2H)，以强致病力的禾谷镰刀菌F15的酯酶FGL1((F)usarium(g)raminearum(l)ipase l)和木聚糖酶FGX((F)usarium(g)raminearum endo-1，4-beta-(x)ylanase)为诱饵蛋白在上述2个文库中筛选相互作用蛋白。得到主要结果如下:
Voigt等已经证实FGL1在禾谷科镰刀菌侵染谷物时是一个致病因子，将其缺失后发现镰刀菌在侵染小麦和玉米穗部时致病力减弱。镰刀菌PH-1已经完成测序并公布于http://www.broad.mit.edu/annoTation/fgi，该基因编号是FGSG_05906。而序列比对显示来自Voigt报道的序列（NCBI编号AY292529）和FGSG_05906在C端存在一定的差异。鉴于此，我们根据NCBI数据库(AY292529)已经公布的序列设计正向引物，利用3RACE技术从禾谷科镰刀菌中克隆了FGL1，该基因含有349个氨基酸，与NCBI数据库(AY292529)中序列的同源性为98.9％。将酯酶FGL1构建到PVX病毒表达载体上，接种本氏烟后发现该基因编码产物能够激发烟草的过敏性反应，证实该基因的致毒作用，进而利用该基因作为诱饵筛选与其相互作用的蛋白开展抗病研究。
禾谷科作物含有丰富的木聚糖，而禾谷镰刀菌可分泌30余种木聚糖酶，推测它们在真菌侵染过程中起着重要作用。根据报道，在这些木聚糖酶基因中，FGSG_11304在纯化物质(birchwood)和复杂的植物组织(hop cell wall)作为培养基上高表达，推测其在镰刀菌致病过程中起一定的作用。利用同源克隆法，我们获得该基因全长。其由381Aa组成，属于Glycosyl hydrolase family10，分子量是41kDa，含有两个内含子，分别位于第72位和第440位，这两个内含子长度都为52bp。与NCBI数据库(AY575964)公布的基因序列同源性为98.2％。
将上述新克隆的酯酶和木聚糖酶基因克隆到酵母载体pGBKT7上，构建成诱饵载体pGBKT7-FGX和pGBKT7-FGL1，转录自激活和毒性检测均证实这两个基因可以作为诱饵用于进一步的双杂交筛选研究。
分别以望水白和苏麦3号为材料，构建了两个镰刀菌诱导的酵母表达文库。利用pGBKT7-FGX和pGBKT7-FGL1诱饵载体进行小麦酵母表达文库筛选，结果表明:FGL1和FGX在两个文库中都筛选到了一个含有FKBP_C superfamily结构域的亲免蛋白(immunophilin)片段。进一步克隆获得其全长基因序列。该基因ORF全长336bp，编码112个氨基酸，分子量为12 kDa，故命名为TaFKBP12((T)rticum(a)estivum(F)(K)-506(b)inding(p)roteins(1)(2)kDa)。为了确定TaFKBP12在植物中的亚细胞定位，将TaFKBP12和绿色荧光蛋白融合后在洋葱表皮细胞中瞬时表达，发现该基因在整个表皮细胞中表达，无明确的定位，说明其是胞质蛋白。在FGL1和FGX分别与TaFKBP12在酵母中互作的前提下，运用双分子荧光互补(bimolecular fluorescence complementation，BIFC)技术，进行二者在植物细胞中互作研究。将FGL1、FGX两个基因分别与YFP的N端融合，TaFKBP12与YFP的C端融合，构建成FGL1-YN，FGX-YN，TaFKBP12-YC3个载体，以FGL1-YN/TaFKBP12-YC和FGX-YN/TaFKBP12-YC分别共转化洋葱表皮细胞后发现整个细胞发出荧光，无明显的定位，说明这两个蛋白在植物细胞中存在互作。为了研究TaFKBP12是否受到镰刀菌的诱导以及与抗病反应可能的关系，通过半定量和定量分析均表明:无论受到镰刀菌诱导与否，该基因在抗病材料望水白、苏麦3号和感病品种绵阳8545中，其表达量没有显著性差异。将TaFKBP12构建到PVX载体上，与FGL1同时接种烟草后发现:不论是否存在TaFKBP12，FGL1都可以引起烟草叶片死亡。推测TaFKBP12是一个管家基因。可能通过和FGL1或FGX形成复合物，以抑制植物的免疫反应。进一步将通过基因沉默等方法进行该基因功能验证。