玉米C4途径高光效pepc基因在C3作物小麦中的遗传、表达与功能研究

以获得的高光效转基因小麦材料为研究对象，通过研究玉米C4途径高光效基因pepc(磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶)在C3作物小麦转基因植株中的整合和遗传特性（包括遗传稳定性分析、转基因拷贝数分析和分子杂交验证）、时空表达特性（不同发育时期、不同组织中的表达）、功能特性（不同环境条件下的光合特性）和提高转基因植株光合效率的分子与生理机制（分子遗传、生理生化特性、组织超微结构形态、光合与同化物运转等相关方面的研究），揭示玉米pepc基因在小麦转基因植株中的遗传和表达规律，为高效开展小麦高光效基因工程研究和高光效新品种培育研究提供重要的理论、技术与材料基础，也为其它C3农作物高光效基因工程研究提供共性研究基础和理论依据。

1、利用基因枪法将克隆的玉米C4型pepc基因导入6个河南省大面积推广品种及苗头品系中，经分子验证获得357株转基因植株，经人工加代、分子标记筛选、分子杂交验证、生理选择等手段获得了T1-T4代转基因材料，其中7个T4代转基因株系已纯合，部分T4代株系接近纯合。.2、转基因株系及对照不同器官（叶、叶、茎、穗）、不同发育时期（苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期）的PEPC和RuBPC酶活性分析结果表明，转基因株系各时期不同器官酶活性均高于受体对照，各时期转基因株系旗叶净光合速率和PEPC活性、RuBPC活性极显著正相关，PEPC活性较对照的增量和RuBPC活性较对照的增量之间也存在极显著正相关性。.3、转基因小麦旗叶净光合速率对光强、温度和CO2浓度的响应研究结果表明，转基因株系光饱和点约为1680μmolm-2s-1，比对照提高了20%；光饱和速率达到了31.9μmolCO2 m-2 s-1左右，比对照提高29%；光合作用的最适温度为30℃，比对照提高5℃；羧化效率达到0.158，比对照提高12.9%；CO2补偿点分别为47.89μmol•mol-1，比对照下降28.2%。.4、PEPC酶的专一性抑制剂DCDP的应用结果表明，转基因小麦株系Pn值比对照提高35.6%，差异极显著。经DCDP处理1h后，转基因小麦Pn值降低与对照相当，说明转基因小麦中光合速率的提高确实是由于玉米C4型pepc基因导入所致。.5、抽穗期、开花期、灌浆期单株及群体条件下的气体交换参数分析结果表明，转基因株系在不同时期旗叶净光合速率均明显高于对照。花后15天的荧光动力学参数Fv/Fm、qp、NPQ、ΦPSII的变幅均小于对照，表明转pepc基因小麦材料在田间条件下，尤其是在高温高光强条件下光合特性明显优于对照。.6、产量结构分析结果表明，转基因株系单茎重、千粒重、单穗重和收获指数均显著高于对照；产量试验结果表明，参试的转基因小麦株系小区产量全部超过对照，增幅范围为5.2%—39.9%。.7、创制了分别含有pepc、ppdk和pepc+ppdk基因的转基因拟南芥株系。对其及对照的酶活和光合分析结果表明，两个C4途径关键基因协同作用其效应要大于单个基因的作用。.项目共发表论文5篇，接受1篇，其中SCI论文3篇；申报发明专利1项；培养博士后1人，博士2名，硕士4名。