水稻逆境响应特异启动子的筛选与功能鉴定

环境胁迫已经成为影响农作物产量和品质的重要因素，通过转基因手段来提高作物对逆境的耐受能力已成为品质改良和新品种选育的重要途径。为了降低组成型启动子对转基因作物造成的代谢压力乃至严重的性状退化等后果，逆境诱导型启动子开始引起人们的重视。本研究在前期芯片数据和生物信息学分析的基础上，通过启动子融合GUS转化水稻日本晴，通过缺失突变和逆境处理以及GUS活性分析等方法，拟实现：（1）阐明启动子在水稻植株中表达的空间分布、在不同发育阶段以及在多种逆境下的不同时间点的启动子表达活性，进一步鉴定逆境响应的启动子及其组织分布等；（2）探明1-2个逆境特异性诱导启动子的主要顺式元件的功能、及其与组织类型和发育阶段的关系。本项目研究成果将为耐热水稻品种的选育提供新的线索；为水稻启动子的功能分析和适用于转基因水稻的高效诱导型启动子的研究和开发提供重要参考。

高温和干旱胁迫已成为限制水稻生产非常重要的环境因素。本项目利用微阵列数据对水稻幼穗和剑叶的高温响应机制进行了系统分析，在此基础上进一步对筛选出的热激响应基因的启动子的功能进行了研究。微阵列数据分析结合ROS定量分析的结果表明，ROS平衡机制对水稻幼穗在高温条件下的生存至关重要。同时还发现与GCC box 相关的乙烯信号通路和与ABRE及CE3相关的ABA信号通路在水稻幼穗的高温响应中是必不可少的。此外，HSE的功能还因为其与共现调控网络的中心元件CE3和GCC box的紧密联系而显得更加重要，这也揭示了在高温应激反应中交叉应答的复杂性和广泛性。此外，基于水稻剑叶微阵列数据，我们建立了一个热响应模型，该模型揭示了高温对水稻剑叶中参与转录调控、Hsp、UPS、光合作用以及糖和次生代谢的基因表达有显著影响。在此基础上，对6个候选热激响应基因的组织表达和胁迫应答分析表明，6个候选基因在穗中的表达水平均较高，且受高温显著诱导表达。进一步克隆了4个基因的启动子片段。瞬时表达分析的结果表明，Rab16Dp和OsHsfB2cp受到高温和盐的显著诱导。利用qRT-PCR、组织化学染色（图10）和GUS酶活的定量荧光分析等方法检测了OsHsfB2cp、PM19p和Hsp90p启动子驱动GUS基因在转基因水稻中的表达情况，结果均证明了这三个候选启动子受到高温的显著诱导，而受干旱的诱导要相对较弱。这些结果不仅为了解水稻高温响应机制提供了重要信息，也为水稻的性状改良提供了丰富的候选基因资源，同时也为水稻胁迫响应特异启动子的开发和应用打下了良好的基础。