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CDPK是植物特有的一类丝氨酸/苏氨酸型蛋白激酶,在介导植物生育信号和逆境信号转导中具有重要作用。迄今,有关水稻CDPK的研究尚缺乏系统报道。鉴于此,本项研究通过对水稻基因组搜索,获得了22个水稻CDPK基因。通过现代分子生物学和生物信息学技术,研究了上述水稻CDPK基因的结构特征、在盐分逆境胁迫条件下的时空表达特性和部分基因启动子及基因的功能。主要研究结果如下:1、水稻CDPK基因(OsCDPK1～OsCDPK4、OsCDPK6～OsCDPK21、OsCDPK23、OsCDPK24)在基因结构特征上存在明显差异。各基因成员在DNA序列长度、cDNA全长序列、开放阅读框和翻译的氨基酸数量上变幅较大。聚类分析发现,水稻CDPK基因可划分为2个亚组。2、部分水稻CDPK基因在正常生长条件和盐分胁迫条件下表现为组成型表达,包括OsCDPK4、OsCDPKl8、OsCDPK19和OsCDPK24;OsCDPK10和OsCDPK16在根叶中表达受到盐分胁迫的调控。OsCDPK6,OsCDPK20和OsCDPK13在盐分处理后表现为叶片中特异上调表达。对OsCDPK6和OsCDPK20的表达随盐分处理时间的变化研究发现,上述基因的表达均表现为单峰曲线特征,以处理1h表达水平最高。表明水稻许多CDPK基因介导了盐分胁迫信号的转导过程。3、在克隆OsCDPK19启动子的基础上,采用DNA重组技术,构建了由OsCDPK19启动子驱动报告基因(β—葡萄糖醛酸酶基因,GUS)表达的表达载体pCAM3301-OsCDPK19。对遗传转化后的烟草研究发现,OsCDPK19启动子能驱动报告基因高水平表达,且表现为叶片和茎杆维管组织优势表达的特征。研究表明,在-296bp-623 bp和-623 bp-989 bp,具有增强子的存在;在-989 bp-1474 bp中的AC-Ⅱ、AC-Ⅲ元件相似的基序(分别为ACCAACC和GTTAGGT),可能是调控下游基因呈维管组织中优势表达的调控元件。4、由于OsCDPK6基因在叶片中的表达受到盐分胁迫的明显诱导,表明该基因可能介导叶片中盐分胁迫信号的转导过程。基于此,作者通过农杆菌介导的遗传转化法,建立了超表达OsCDPK6基因的烟草转基因系。研究发现,在盐分胁迫条件下,上调表达OsCDPK6的转基因烟草植株,与对照相比耐盐能力明显改善。表现为经过7d的盐分处理后,转基因系植株较对照植株伤害小、单株绿叶面积多。与对照相比,转基因系叶片的SOD活性增加,丙二醛(MDA)含量降低;叶绿素a、b含量、类胡萝卜素含量、可溶性糖含量和可溶蛋白含量明显增加。表明植株细胞保护代谢途径响应了OsCDPK6介导的盐分逆境信号过程。OsCDPK6在增强植株抵御盐分胁迫的能力中具有较重要的作用。5、OsCDPK6在叶片中的表达表现为明显的盐分诱导特性,推测该基因的启动子具有驱动下游基因在盐分胁迫条件下增强表达的功能,在作物耐盐转基因品种的创制中具有重要价值。基于此,作者对OsCDPK6基因的启动子进行了克隆,采用基因遗传转化技术,在烟草中鉴定了该启动子的功能和驱动靶基因的表达特征。研究表明,遗传转化OsCDPK6启动子的转基因植株,根和叶进行X-glue组织化学染色的特征,与对OsCDPK6基因在正常生长和盐分处理条件下水稻根、叶中的表达特征相一致。盐分处理后在茎、叶的组织染色程度较对照明显加深,驱动报告基因的表达为组成型。在OsCDPK6的启动子中,含有1个MYC转录因子识别序列和3个MYB转录因子核心识别序列。研究表明,盐分胁迫诱导的OsCDPK6在叶片中的增强表达,可能是通过ABA信号激活MYC和MYB或诱导上述转录因子特定组分新蛋白合成途径实现的。