小麦(Triticum aestivum L.)是世界上最重要的粮食作物之一,改善其营养品质是小麦遗传育种的重要研究方向。类胡萝卜素含量是衡量小麦营养品质的重要指标之一。类胡萝卜素是最主要的维生素A前体,然而,普通小麦种子中仅能积累少量的类胡萝卜素和微量的维生素A原。由于对小麦胡萝卜素合成知之甚少,通过基因工程提高小麦类胡萝卜素含量的相关报道十分有限。因此,克隆得到小麦类胡萝卜素代谢途径中相关合成酶基因并研究它们在小麦类胡萝卜素合成过程中的作用,对提高小麦的营养品质有着十分重要的意义。β-胡萝卜素羟基化酶(Carotene hydroxylase,HYD)是植物类胡萝卜素代谢途径中重要的合成酶,HYD可以通过羟基化使得胡萝卜素转化为叶黄素。本研究采用同源克隆的方法,从小麦品种Bobwhite的基因组中克隆得到一条新的胡萝卜素羟基化酶基因,命名为TaHYD。为研究HYD基因在小麦类胡萝卜素合成过程中的功能,分别构建了TaHYD的过表达和RNAi载体,并以小麦模式品种Bobwhite为受体材料,利用基因枪法进行遗传转化。提取转基因小麦基因组DNA进行PCR鉴定的结果表明,共获得2株过表达和6株RNA干扰转基因阳性植株。通过对转基因阳性植株进行荧光定量和高效液相色谱分析发现,与对照植株相比,过表达转基因后代中TaHYD基因的表达显著上调,但β-胡萝卜素的含量却未发生显著变化;而RNAi植株中TaHYD基因表达显著下调,并伴随着小麦胚乳中的β-胡萝卜素含量增加。本研究不仅证明了TaHYD基因的表达和小麦胚乳中的β-胡萝卜素的含量存在密切的关系,同时也为进一步利用基因工程的手段特异性提高小麦胚乳中的β-胡萝卜素提供了理论基础和实验证据。