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干旱和高盐胁迫是导致农作物减产，限制农作物种植范围的主要非生物胁迫因素。小麦作为一种重要的农作物，在进化过程中形成了复杂的防御调控机制响应各种非生物逆境胁迫。深入研究小麦非生物胁迫应答机制，对培育耐旱、耐盐小麦新种质具有重要意义。植物通过复杂的转录因子网络调控相关基因表达是应答环境胁迫的重要机制之一。Trihelix转录因子广泛参与植物生长发育调节和非生物胁迫应答，但在小麦中尚未有系统的Trihelix基因家族鉴定，关于Trihelix基因功能的研究也少有报道。本研究利用多种生物信息学方法，在六倍体小麦及其近缘物种基因组中鉴定了全部的Trihelix基因家族成员，并对其基因结构、进化以及在各种非生物胁迫下的表达模式进行了分析。在此基础上，从模式小麦材料中国春克隆了TaGT-75基因，并获得TaGT-75超表达的转基因拟南芥和小麦，重点研究了TaGT-75在应答干旱和高盐胁迫中的作用机制。主要研究结果如下：
(1)从小麦基因组中鉴定了94个Trihelix基因，在小麦近缘物种粗山羊草、乌拉尔图小麦和二穗短柄草基因组中分别鉴定到22、29和31个Trihelix基因，并分析了这些Trihelix基因之间的直系同源关系。染色体定位分析发现，在小麦、粗山羊草和乌拉尔图小麦的7号染色体上均无Trihelix基因分布。通过进化树分析可将鉴定到的Trihelix蛋白分成GT-1、GT-2、SIP1、SH4和GTγ共5个亚家族。保守基序和基因结构分析发现，Trihelix基因家族的同一亚家族成员通常具有相似的基序组成、相同的内含子和外显子结构。分析表明基因复制是小麦物种形成和进化过程中Trihelix基因家族扩张的主要驱动力，在小麦Trihelix基因中发现了5对串联重复基因和3对片段复制基因。
(2)使用公共RNA-seq数据分析了小麦Trihelix基因的组织特异性表达模式，发现小麦3个亚基因组上的同源Trihelix基因具有相似的表达模式。利用多种生物信息学方法分析小麦公共RNA-seq数据，筛选了在非生物胁迫下显著差异表达的小麦Trihelix基因；利用qRT-PCR技术对TaGT-42等10个Trihelix基因进行非生物胁迫下的表达模式分析，发现这些基因普遍响应干旱、高盐和低温等非生物胁迫。使用加权基因共表达网络分析研究小麦受到干旱等胁迫时Trihelix基因的共表达网络，发现TaGT-75的表达与干旱胁迫具有较高的相关性。GO富集分析表明，与TaGT-75相关性较高的基因主要涉及胁迫应答、转录调节和RNA代谢等生物学过程，具有蛋白和DNA结合功能，定位在有膜细胞器和细胞核中。
(3)从中国春小麦中克隆了定位于2B和2D染色体上的同源基因TaGT-42和TaGT-75，选择组织表达分析中表达水平较高的TaGT-75为代表进行后续功能研究。亚细胞定位实验发现TaGT-75定位在细胞核中。酵母双杂实验发现，无论是全长还是截短的TaGT-75蛋白均无自身激活报告基因的活性。酵母单杂实验发现，TaGT-75蛋白对GT元件具有结合活性。
(4)利用农杆菌侵染拟南芥花序，获得了TaGT-75异源高表达的转基因拟南芥，发现TaGT-75可以增强转基因拟南芥对干旱和高盐胁迫的耐受性。与对照相比，TaGT-75高表达的转基因拟南芥受到渗透胁迫时，其气孔开度明显变小；在添加NaCl或者甘露醇的培养基上生长时，转基因拟南芥的根长和鲜重均高于对照；在干旱和高盐胁迫下，TaGT-75通过提高叶片中脯氨酸和可溶性糖含量以及LEA家族基因的表达，增强转基因拟南芥对渗透胁迫的耐受性；TaGT-75通过提高抗氧化酶相关基因的表达增加抗氧化酶活性，增强了转基因拟南芥对氧化胁迫的耐受性。为了进一步研究TaGT-75在小麦中的生物学功能，通过基因枪法进行小麦遗传转化，最终获得6个T2代TaGT-75超表达的转基因小麦株系。初步表型分析结果表明，与野生型小麦相比，TaGT-75转基因小麦表现出更强的干旱和高盐胁迫耐受性。
本研究系统鉴定了小麦及其近缘物种中的Trihelix家族基因，分析了它们的进化关系及在非生物胁迫下的表达模式，筛选潜在的具有抗逆功能的Trihelix基因。克隆得到小麦TaGT-75基因，发现TaGT-75超表达的转基因拟南芥和小麦均对干旱和高盐胁迫具有更强的耐受能力。以上结果为后续TaGT-75的功能研究奠定了基础，并为小麦遗传改良提供了候选基因。
(1)从小麦基因组中鉴定了94个Trihelix基因，在小麦近缘物种粗山羊草、乌拉尔图小麦和二穗短柄草基因组中分别鉴定到22、29和31个Trihelix基因，并分析了这些Trihelix基因之间的直系同源关系。染色体定位分析发现，在小麦、粗山羊草和乌拉尔图小麦的7号染色体上均无Trihelix基因分布。通过进化树分析可将鉴定到的Trihelix蛋白分成GT-1、GT-2、SIP1、SH4和GTγ共5个亚家族。保守基序和基因结构分析发现，Trihelix基因家族的同一亚家族成员通常具有相似的基序组成、相同的内含子和外显子结构。分析表明基因复制是小麦物种形成和进化过程中Trihelix基因家族扩张的主要驱动力，在小麦Trihelix基因中发现了5对串联重复基因和3对片段复制基因。
(2)使用公共RNA-seq数据分析了小麦Trihelix基因的组织特异性表达模式，发现小麦3个亚基因组上的同源Trihelix基因具有相似的表达模式。利用多种生物信息学方法分析小麦公共RNA-seq数据，筛选了在非生物胁迫下显著差异表达的小麦Trihelix基因；利用qRT-PCR技术对TaGT-42等10个Trihelix基因进行非生物胁迫下的表达模式分析，发现这些基因普遍响应干旱、高盐和低温等非生物胁迫。使用加权基因共表达网络分析研究小麦受到干旱等胁迫时Trihelix基因的共表达网络，发现TaGT-75的表达与干旱胁迫具有较高的相关性。GO富集分析表明，与TaGT-75相关性较高的基因主要涉及胁迫应答、转录调节和RNA代谢等生物学过程，具有蛋白和DNA结合功能，定位在有膜细胞器和细胞核中。
(3)从中国春小麦中克隆了定位于2B和2D染色体上的同源基因TaGT-42和TaGT-75，选择组织表达分析中表达水平较高的TaGT-75为代表进行后续功能研究。亚细胞定位实验发现TaGT-75定位在细胞核中。酵母双杂实验发现，无论是全长还是截短的TaGT-75蛋白均无自身激活报告基因的活性。酵母单杂实验发现，TaGT-75蛋白对GT元件具有结合活性。
(4)利用农杆菌侵染拟南芥花序，获得了TaGT-75异源高表达的转基因拟南芥，发现TaGT-75可以增强转基因拟南芥对干旱和高盐胁迫的耐受性。与对照相比，TaGT-75高表达的转基因拟南芥受到渗透胁迫时，其气孔开度明显变小；在添加NaCl或者甘露醇的培养基上生长时，转基因拟南芥的根长和鲜重均高于对照；在干旱和高盐胁迫下，TaGT-75通过提高叶片中脯氨酸和可溶性糖含量以及LEA家族基因的表达，增强转基因拟南芥对渗透胁迫的耐受性；TaGT-75通过提高抗氧化酶相关基因的表达增加抗氧化酶活性，增强了转基因拟南芥对氧化胁迫的耐受性。为了进一步研究TaGT-75在小麦中的生物学功能，通过基因枪法进行小麦遗传转化，最终获得6个T2代TaGT-75超表达的转基因小麦株系。初步表型分析结果表明，与野生型小麦相比，TaGT-75转基因小麦表现出更强的干旱和高盐胁迫耐受性。
本研究系统鉴定了小麦及其近缘物种中的Trihelix家族基因，分析了它们的进化关系及在非生物胁迫下的表达模式，筛选潜在的具有抗逆功能的Trihelix基因。克隆得到小麦TaGT-75基因，发现TaGT-75超表达的转基因拟南芥和小麦均对干旱和高盐胁迫具有更强的耐受能力。以上结果为后续TaGT-75的功能研究奠定了基础，并为小麦遗传改良提供了候选基因。