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我国人多地少、农业基础还比较薄弱,粮食安全问题更是关系国家安全、关系国民健康的战略问题。小麦是重要的粮食作物之一,而干旱是影响小麦产量的限制因素之一,随着全球气候变暖以及人口增长,导致局部干旱状况频频发生,在我国已经成为主要的自然灾害之一。研究结果表明ABA能够启动植物体内应激反应,诱导基因、蛋白的表达从而提高植物抵御逆境胁迫的能力,9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶(NCED)是ABA合成的关键酶,研究表明,干旱胁迫可以诱导NCED基因表达和内源ABA的积累,且在一定范围内,该基因的表达与ABA积累随脱水延长而明显增强,这说明NCED基因在提高植物抗旱能力方面具有重要研究价值。本研究以未转基因小麦(WT)和T3代转TaNCED1基因株系,包括过表达(OE)、RNAi和基因编辑株系(nced)为材料,在5叶期进行干旱胁迫处理,分别在不同的时间点0 d、2 d、4 d、6 d以及干旱复水后7 d取样进行相关生理指标测定,例如叶片的相对含水量、丙二醛(MDA)、相对电导率、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、可溶性糖和脯氨酸(Pro)含量测定,另外对干旱处理前后的叶片进行转录组测序,以期为研究小麦的干旱胁迫响应机制提供新的理论依据,为提高小麦抗产量、寻找合适的栽培手段奠定理论基础。主要实验结果如下:1.干旱2 d时各转基因株系和对照植株相对含水量并没有显著差异,随着天数的延长和干旱程度的加剧,干旱4 d和6 d时过表达株系的相对含水量显著高于野生型对照,说明过表达TaNCED1植株在干旱胁迫后的失水率远低于野生型对照,表现出较好的抗旱性。基因编辑株系和RNAi在干旱4 d明显高于野生型对照,干旱6 d时比对照低。2.过表达株系在2 d、4 d和6 d时的MDA含量均低于野生型对照,而且增长率也低于野生型对照,说明过表达植株的膜脂氧化程度较低,抗旱性提高。基因编辑株系和RNAi株系在干旱处理过程中低于野生型对照,干旱6 d时RNAi株系高于野生型对照,但差异不显著。3.随着干旱胁迫时间的延长,植株的相对电导率逐渐升高,说明膜透性增加。干旱4 d时,过表达株系显著低于野生型对照,说明过表达植株可以降低细胞膜受损,增强小麦的抗旱性;基因编辑株系与野生型对照的差异不显著,RNAi株系显著高于野生型对照,说明RNAi株系增加膜透性,降低了小麦抗旱性。4.干旱4 d和6 d时过表达株系的过氧化物酶活(POD)均高于野生型对照,说明过表达TaNCED1基因的植株抗旱性增加;基因编辑株系和RNAi株系在干旱4 d时显著高于野生型对照,干旱6 d时低于对照,但差异不显著。5.干旱4 d和6 d时过表达株系的过氧化氢酶(CAT)活性显著高于野生型对照,说明TaNCED1过表达能够提高转基因小麦的抗旱性。基因编辑株系和RNAi株系在干旱4 d时低于野生型对照,但差异不显著,干旱6 d时基因编辑株系显著低于野生型对照,RNAi株系低于对照,但差异不显著。6.干旱2 d、4 d和6 d时过表达株系的可溶性糖含量显著高于野生型对照,说明过表达TaNCED1基因提高了转基因小麦的抗旱性。干旱4 d和6 d时,基因编辑株系显著低于对照,RNAi株系高于对照,但差异不显著。7.在干旱4 d和6 d时,过表达株系的脯氨酸含量显著高于对照,说明TaNCED1过表达使转基因小麦植株抗旱性增强。在干旱4 d时,基因编辑株系的脯氨酸含量低于对照,但差异不显著,干旱6 d时,基因编辑株系脯氨酸含量显著高于野生型对照,RNAi株系在干旱4 d、6 d时脯氨酸含量显著高于对照。8.对TaNCED1基因的转基因小麦植株,包括过表达和基因编辑株系干旱处理前后的叶片进行了转录组测序,在干旱处理前,过表达植株和未转基因对照植株的差异基因共214个,包括139个上调基因和75个下调基因;而基因编辑突变体和未转基因对照植株有差异基因1249个,包含525个上调基因和724个下调基因。在干旱处理后,过表达植株和未转基因对照植株有差异基因6269个,包括4109个上调基因和2160个下调基因;基因编辑突变体和未转基因对照植株有差异基因486个,有141个上调基因和345个下调基因。通过GO分析以及KEGG pathway分析发现,差异表达基因主要集中在水分胁迫、光合作用、氧化还原酶活性、MAPK信号途径等途径中,这些为进一步研究TaNCED1基因的功能提供了重要的参考。综上所述,本研究对TaNCED1基因在小麦干旱胁迫中的分子机理进行了初步研究,并通过高通量转录组测序对其分子机理进一步进行了分析,对于全面理解TaNCED1基因在响应干旱胁迫中的生物学功能和分子机理提供了重要的研究基础。