小麦是我国重要的粮食作物,千粒重是影响小麦产量的重要农艺性状,是小麦高产育种的主要目标。此外,小麦产量受到白粉病等真菌病害的威胁,白粉病抗性对于稳定小麦产量具有决定性作用。热激蛋白90(Heat Shock Protein 90,HSP90)是一种重要的分子伴侣蛋白,广泛参与植物的抗病、抗逆过程,但是调控小麦粒重和抗白粉病的分子机制尚不清楚。本实验研究,以克隆的籽粒重量调控基因HSP90.2-7B作为研究的切入点,探索其在提高小麦粒重和白粉病抗性中的机制。在四倍体杜兰小麦(Triticum turgidum)诱变的突变体库中,我们发现一个粒重降低的突变体,CO2 assimilation kernel enhanced 1(cake1)。转录组测序和外显子捕获技术结果显示,该突变体粒重表型与热激蛋白HSP90.2-7B提前终止的突变紧密连锁。该基因其他提前终止的突变体,或者RNAi转基因干扰内源基因均表现出粒重降低的表型;过表达HSP90.2-7B的转基因小麦粒重增加,表明该基因正调控粒重。该基因突变体材料中叶绿素含量降低,光合效率下降。HSP90.2-7B体内外可以结合光系统II膜蛋白PsbO和CP43,且互作均发生在叶绿体周围。与HSP90.2-7B可以结合叶绿体外被膜重要的转运蛋白TOC159的现象吻合,暗示HSP90.2可能参与靶蛋白进入叶绿体的过程。为了检测HSP90.2在PsbO进入叶绿体过程中的作用,我们首先采用特异性抑制剂干扰HSP90蛋白功能,发现叶绿体内PsbO的含量显著降低。在hsp90.2双突变体叶绿体中PsbO积累减少,但是在总蛋白中的含量基本不变,HSP90.2的RNAi转基因小麦也有类似的趋势,暗示HSP90.2特异地参与PsbO进入叶绿体的过程。最后,我们分析了psbo-A1突变体,发现田间实验中psbo-A1突变体籽粒变小,千粒重和小区产量均显著降低。根据上述结果,我们推测HSP90.2-7B可能在核编码光系统成员新生肽转运到叶绿体过程中发挥作用,经过TOC159达到外膜转运蛋白复合体进而转运至叶绿体,参加光合反应增加籽粒生物量的积累。小麦基因组重测序数据显示HSP90.2-7B具有两种单倍型,第二种单倍型主要分布长江中下游地区,该地区真菌病害压力很大,暗示HSP90.2-7B有可能参与小麦抗病过程。由于大多数抗病蛋白都是核编码蛋白,然后通过转运进入不同细胞器(如叶绿体)发挥抗病功能。HSP90.2基因在有病原菌胁迫的时候对禾本科布氏白粉菌有响应。我们利用酵母双杂文库筛选了HSP90.2的靶蛋白质组,结果显示小麦HSP90.2的全长和C端蛋白均可以结合大量的靶蛋白,但是中部结构域结合蛋白的数量低一个数量级左intravaginal microbiota右,表明小麦HSP90.2区别于动物的同源蛋白。我们对HSP90.2互作的靶蛋白和已发表的已公布的受病原菌诱导的基因进行分析,发现只有少量被病原菌诱导的基因,暗示HSP90.2的保护协助部分靶蛋白的翻译成熟进而发挥抗病作用。为了检测HSP90.2的靶蛋白在小麦抗病中的作用,我们以Pm3b蛋白的预测成员2Q2为例进行后续的实验研究。HSP90.2的C端结构域在体内可以结合2Q2的CC-NB-ARC结构域,亚细胞定位表明2Q2-FL和2Q2-CC-NB-ARC结构域定位在叶绿体。利用特异性抑制剂干扰以及hsp90.2双突变体等干扰HSP90.2的正常功能均可以有效地抑制抗白粉病蛋白2Q2在叶绿体中的积累。接种白粉菌后,2Q2△LRR转基因株系感白粉病,同时hsp90.2双突变体白粉病的抗性降低,HSP90.2-7B过表达材料对白粉菌E09的抗性增强。通过这些实验证据表明,CX-5461临床试验HSP90.2-7B在小麦对白粉菌的抗病反应中发挥正调控作用。我们推测可能是由于HSP90.2分子伴侣的保护作用,HSP90.2可以与2Q2蛋白发生互作并且参与抗白粉病基因2Q2的亚细胞定位,帮助其进入叶绿NVP-TNKS656临床试验体更好的发挥植物抗病作用。因此,HSP90.2的蛋白结合组为从翻译成熟水平筛选抗病、抗逆候选基因提供了另外一种可能,可以补充差异表达基因,完善小麦抗病抗逆的调控网络。综上研究,我们对小麦分子伴侣HSP90.2-7B进行了遗传学和蛋白组学功能研究,为小麦产量相关基因的挖掘和培育抗性育种材料提供理论基础。有关单倍型是小麦改良的重要工具,为培育高产稳产抗病的小麦新品种,进而保障粮食安全具有重要的指导意义。