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盐、旱胁迫严重影响作物产量，因而分离耐逆相关基因、培育耐逆作物新品种非常重要。本实验室利用不对称体细胞杂交创制渐渗系技术，培育出了普通小麦（Triticum aestivum L.2n=42）JN177和长穗偃麦草(Thinopyrum ponticum2n=70)的小麦渐渗系耐盐、抗旱新品种山融3号(SR3)。SR3基因组发生了高频率的遗传和表观遗传学变异，是分离耐逆相关基因的优良材料。 离子转运蛋白负责离子的吸收、外排或者转运，是植物响应盐、旱胁迫的重要组分。实验室前期通过组学分析，发现SR3的耐逆能力与其较强的离子平衡重建能力密切相关。本论文根据转录组分析结果，克隆了两个在SR3及其亲本JN177间差异表达的离子转运体基因，即负责丙酮酸转运的TaBASS2及负责钾离子转运的TaHAK11;初步分析了它们的生物学功能及在非生物胁迫下的作用机制。 1胆汁酸:钠离子共转运蛋白基因TaBASS2的功能研究。 TaBASS2编码一个胆汁酸:钠离子共转运蛋白，在叶片中定位在叶绿体膜上，而在根中可能定位于白色体等其它质体中。TaBASS2主要在地上部分表达，而根中表达量较低。SR3三叶期幼苗中，盐胁迫下TaBASS2在叶片中下调表达、根中上调表达，旱处理下在根和叶中都下调表达，ABA处理后根和叶片中都是上调表达的，而过氧化氢处理下仅在根中上调表达。 TaBASS2在酵母中不能转运Na+和丙酮酸，而在拟南芥中则能介导丙酮酸盐的跨叶绿体膜转运。TaBASS2的异源过表达提高了拟南芥AtNHD1的表达水平，推测TaBASS2转运丙酮酸依赖NHD1。 TaBASS2过表达不影响拟南芥的种子萌发率，但抑制了子叶张开率以及幼苗的生长。研究表明，叶绿体逆行信号途径参与了幼苗早期发育调控。我们发现，TaBASS2过表达不影响MEcPP以及PAP信号途径关键组分AtHPL以及AtSAL1的表达;达草灭及洁霉素处理后，TaBASS2过表达系中四吡咯途径及PGE途径中下游应答基因AtLHCB1.1及AtLHCB2.4的表达被抑制程度明显降低。结果表明，TaBASS2可能通过抑制质体逆行信号转导中的四吡咯及PGE途径影响幼苗发育，而与MEcPP以及PAP信号途径无关。 NaCl及ABA处理下，TaBASS2过表达系与Col-0的种子萌发率没有差异。TaBASS2过表达降低了子叶张开期幼苗对NaCl的耐受性、提高了对ABA的敏感性。但TaBASS2增强了拟南芥幼苗对盐胁迫、渗透胁迫和氧化胁迫等非生物胁迫的抗性以及对外源ABA的耐受性。我们发现，ABA合成途径中的关键酶AtAAO3、AtNCED3以及ABA依赖的胁迫应答途径中AtMYC2、AtRD29B、AtRD22和AtRAB18表达也显著上调，表明TaBASS2可能通过促进ABA的合成及信号转导途径影响植株对非生物胁迫的响应。我们发现，TaBASS2过表达株系中H2O2与1O2含量明显提高，H2O2应答基因AtFER1及1O2应答基因AtAAA-A TPase和AtBAP1表达明显上调，ROS清除酶CAT活性及AtAPX2和AtCAT1表达也明显增强，表明H2O2及1O2参与了TaBASS2过表达株系对非生物胁迫的响应。总之，TaBASS2通过促进ABA生物合成与信号途径以及增强ROS信号途径提高拟南芥植株对非生物胁迫的抗性。至于子叶张开期幼苗应答非生物胁迫的机制，有待进一步研究。 2高亲和性钾离子转运蛋白基因TaHAK11的功能研究。 TaHAK11是属于KT/KUP/HAK转运蛋白家族簇Ⅲ的成员，定位于细胞膜。我们共克隆到三个TaHAK11拷贝，包括JN177的TaHAK11-2及SR3的TaHAK11-3和TaHAK11-5，均定为于小麦2DL上。TaHAK11-5与TaHAK11-2存在一个L50H的变异，TaHAK11-3第50位氨基酸与TaHAK11-2相同;TaHAK11-3与TaHAK11-2/TaHAK11-5存在P175L、G352D、L398F、V585M四个氨基酸变异，其中前三个氨基酸在TaHAK11-3和其他植物HAK11亚簇成员中完全一样。结合TaHAK11的基因组定位特征，我们推测TaHAK11-3是植物HAK11的直系同源基因，而TaHAK11-2/TaHAK11-5是小麦多倍体进化过程中新产生的HAK11旁系同源基因，而TaHA K11-3在体细胞杂交及渐渗系形成过程中被激活表达。在酵母钾离子吸收缺陷突变体WA3中进行的功能互补实验表明，TaHAK11-2和TaHAK11-5介导高亲和性的K+吸收，而TaHAK11-3介导低亲和性的K+吸收;TaHAK11-3亲和性的改变与V585M的变异密切相关。 TaHAK11-3在小麦地上部分表达量较高，而根中表达量较低;NaCl、PEG及外源ABA处理下，TaHAK11-3在叶中下调表达，而在根中上调表达。TaHAK11-3启动子-GUS转基因拟南芥的GUS染色显示，TaHAK11-3在叶片和茎中大量表达，而气孔保卫细胞中表达量也较高。 钾饥饿条件下，与Col-0相比，TaHA K11-3过表达拟南芥叶片受损伤程度更严重。TaHAK11-3过表达降低了负责根中高亲和性K+吸收的AtHAK5的表达量，而提高了负责地上部K+外排的AtKUP2、AtKUP6、AtKUP8、AtGORK以及参与K+从地上部回流到根的AtAKT2的表达量。结果表明，TaHAK11-3通过限制根中K+吸收，增加地上部分K+外排以及增强K+通过韧皮部的回流降低对钾饥饿的耐受性。 TaHAK11-3过表达提高拟南芥的抗旱性。与Col-0相比，TaHAK11-3过表达系气孔开度减小，气孔保卫细胞K+外排相关基因AtKUP6、AtKUP8和AtGORK及ABA合成途径关键酶AtABA1、AtABA2的表达明显上调，而ABA信号通路抑制基因AtABI1表达则明显下调。结果显示，TaHAK11-3通过促进ABA合成和信号途径以及保卫细胞钾离子外排，降低气孔开度来提高拟南芥的抗旱性。