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小麦返白系的阶段性叶色白化是与核质互作相关,受到核质因子共同调控的生理现象。Ver2基因是小麦中特有的,与小麦春化作用相关、编码凝集素类蛋白的基因,受低温诱导表达,是与返白系白化相关的候选基因之一。我们的前期研究表明,返白系中的Ver2基因编码区序列与已报道的序列一致,但其启动子区出现1611bp的序列缺失,返白系中Ver2基因在常温下就可以表达,但仅在心叶组织中表达。本研究着重从启动子,以及Ver2基因对质体基因表达调控两个方面对返白系中Ver2基因的功能进行深入的研究,为揭示小麦返白系低温诱导白化的分子机制奠定了良好的基础。本试验鉴定了47个普通栽培小麦品种中Ver2基因及其启动子的分布情况;设计构建基因编辑和超表达载体并进行小麦的遗传转化;利用基因瞬时表达系统检测小麦返白系Ver2基因启动子的转录活性,并通过对拟南芥的稳定遗传转化,研究启动子对转录的调控和探究Ver2基因是否调控叶绿体基因的表达和叶绿体的发育;以及通过免疫共沉淀技术鉴定转基因植株中VER2的结合蛋白。试验主要得到以下结果:(1)在47个不同小麦品种鉴定Ver2基因表明,35个品种中能扩增出Ver2基因序列,但品种间并无地域分布或种质系谱的特异性;遗传进化分析表明,VER2蛋白与节节麦中的甘露糖/葡萄糖特异性凝集素类蛋白进化关系最近;小麦中Ver2基因的启动子区至少有3种变异类型:一是有3个小重复和2个大重复的长约5900bp的启动子,二是虽有完整大小重复但基因上游缺失1611bp的启动子、第三种的具体序列信息我们还不清楚。(2)对Ver2基因超表达株系VF3研究表明Ver2基因的过量表达有促进叶色白化的作用;根据CRISPR/Cas9技术,构建了5个gRNA/Cas9植物表达载体,为返白系中Ver2基因编辑研究奠定了基础;将p35S::Ver2基因转入无Ver2基因的小麦品种中,得到了T1代转基因植株。(3)将Ver2基因启动子的小重复片段(PVS)和大重复片段(PVL)分别连接表达载体PBI121上,瞬时转化拟南芥和烟草,GUS染色表明PVS和PVL都能够诱导gus基因的表达,具有启动子的转录活性;并以pCAMBIA1301为基本骨架,利用PVS、PVL及2kb返白系特有的启动子区分别构建了Ver2基因的表达载体,稳定转化拟南芥和小麦,得到了T1代转基因植株。(4)转p35S::Ver2的拟南芥与对照相比开花提前,揭示外源Ver2基因可以促进植株开花;qRT-PCR检测不同温度条件下11个叶绿体编码基因的表达变化,结果表明,与野生型相比,在常温和4℃低温处理20d时叶绿体基因表达显著上调,而4℃低温处理40d时叶绿体基因的表达则下调。综上所述,Ver2基因广泛存在于小麦各栽培品种中,但一些小麦品种中没有检测到;小麦Ver2基因的启动子至少有3种变异类型,启动子的大小重复片段均具有启动子活性;小麦返白系中Ver2基因可以促进白化、促进拟南芥植株开花、并能调控拟南芥叶绿体基因的表达。对于Ver2基因的功能和在返白系白化现象中的作用机理有待更进一步的研究。