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随着全球气温的不断攀升，高温胁迫已经成为威胁农作物产量和世界粮食安全的重要因素之一。为了应对高温胁迫引起的水稻减产，探明水稻的耐高温机制，通过基因克隆、热驯化等手段开发水稻耐热品种已迫在眉睫。
本论文以野生型ZH11、突变体hst、HSTL过表达转基因植株（OE-HSTL）以及CRISPR/Cas9-hstl突变体植株为材料，研究了HST转录因子及其同源物HSTL在高温胁迫应答中的功能。主要研究结果如下：
1.高温胁迫下野生型ZH11、突变体hst抽穗扬花期相关基因的表达分析
以野生型ZH11和突变体hst抽穗扬花期的花药为材料，利用转录组测序对与水稻高温胁迫相关的差异基因进行分析。发现HST转录因子在高温胁迫下可能通过调控与光合作用、激素信号和热激蛋白相关的基因表达来调控水稻耐高温。qRT-PCR验证筛选得到了OsPS480，OsPS550，OsGA20ox1，OsHsp360和OsHsfA2a高温处理后在突变体hst中下调。同时，利用qRT-PCR对高温胁迫下HST、HSTL、PRX24、CKX2和LP2五个基因在野生型ZH11和突变体hst花药中的表达进行了测定。发现，HST与HSTL的表达模式相似，说明两者之间可能存在相关性；而CKX2和LP2在突变体hst中的表达高于野生型ZH11；高温胁迫前期，PRX24在突变体hst中的表达高于野生型ZH11，但在后期其在突变体hst中的表达低于野生型ZH11，说明在持续的高温处理下，PRX24在清除过多的H2O2方面起到了重要的作用，可以保护水稻免受氧化胁迫。
2.HST与HSTL的同源性分析及HSTL的时空表达特征研究
水稻HST是DST的等位基因。研究表明DST中的C2H2锌指结构具有DNA结合活性，并且能激活下游基因的表达。通过对dst突变体、reg1突变体和hst突变体中突变位点的分析，发现三个突变体的DST转录因子中的C2H2锌指结构都受到了不同程度的破坏。通过分析，推测可能存在一个HST的同源物HSTL，它可以在hst突变体继续激活CKX2的表达，从而导致hst突变体的产量降低。
以野生型ZH11的苗期、拔节期和抽穗扬花期的水稻植株作为材料，对HSTL的时空表达特征进行研究。分析发现，HSTL在三个时期的叶片中表达都相对较高，而在根中的表达较低；在抽穗扬花期茎中的表达水平显著高于其他时期，在花药中的表达最低。对野生型ZH11抽穗扬花期的水稻植株进行42℃不同时间点的高温处理。发现热胁迫下，HSTL在节中的表达水平显著高于其他器官，而在花药中的表达水平较低。这些结果表明HSTL在水稻耐高温中起到了重要作用。
3.HSTL过表达载体及CRISPR/Cas9敲除载体的构建
为了明确HST及同源基因HSTL在水稻高温胁迫应答中的功能，通过同源重组法和CRISPR/Cas9基因编辑技术分别构建了HSTL的过表达载体和基因敲除载体，从而进行下一步的研究。
4.水稻HSTL过表达转基因植株及CRISPR/Cas9-hstl突变体植株的鉴定及初步表型分析
通过HSTL过表达载体及CRISPR/Cas9敲除载体在水稻植株中的转化，获得了OEHSTL-ZH11、OEHSTL-hst、hstl-ZH11和hstl-hst这4种转基因植株。在T0代的转基因植株中，利用PCR鉴定，获得了4个株系的OEHSTL-ZH11，6个株系的OEHSTL-hst、16个株系的hstl-ZH11和25个株系的hstl-hst共51个株系的阳性转基因植株。利用繁种获得的T1代hstl-ZH11和hstl-hst转基因水稻植株进行突变鉴定。在hstl-ZH11中获得了3个有效的移码突变，在hstl-hst中获得了4个有效的移码突变。对纯合突变体的表型进行初步分析发现，hstl-ZH11和hstl-hst都能正常生长，但其在产量和耐高温机制方面的研究还需要后期进行下一步的实验去验证。
本论文以野生型ZH11、突变体hst、HSTL过表达转基因植株（OE-HSTL）以及CRISPR/Cas9-hstl突变体植株为材料，研究了HST转录因子及其同源物HSTL在高温胁迫应答中的功能。主要研究结果如下：
1.高温胁迫下野生型ZH11、突变体hst抽穗扬花期相关基因的表达分析
以野生型ZH11和突变体hst抽穗扬花期的花药为材料，利用转录组测序对与水稻高温胁迫相关的差异基因进行分析。发现HST转录因子在高温胁迫下可能通过调控与光合作用、激素信号和热激蛋白相关的基因表达来调控水稻耐高温。qRT-PCR验证筛选得到了OsPS480，OsPS550，OsGA20ox1，OsHsp360和OsHsfA2a高温处理后在突变体hst中下调。同时，利用qRT-PCR对高温胁迫下HST、HSTL、PRX24、CKX2和LP2五个基因在野生型ZH11和突变体hst花药中的表达进行了测定。发现，HST与HSTL的表达模式相似，说明两者之间可能存在相关性；而CKX2和LP2在突变体hst中的表达高于野生型ZH11；高温胁迫前期，PRX24在突变体hst中的表达高于野生型ZH11，但在后期其在突变体hst中的表达低于野生型ZH11，说明在持续的高温处理下，PRX24在清除过多的H2O2方面起到了重要的作用，可以保护水稻免受氧化胁迫。
2.HST与HSTL的同源性分析及HSTL的时空表达特征研究
水稻HST是DST的等位基因。研究表明DST中的C2H2锌指结构具有DNA结合活性，并且能激活下游基因的表达。通过对dst突变体、reg1突变体和hst突变体中突变位点的分析，发现三个突变体的DST转录因子中的C2H2锌指结构都受到了不同程度的破坏。通过分析，推测可能存在一个HST的同源物HSTL，它可以在hst突变体继续激活CKX2的表达，从而导致hst突变体的产量降低。
以野生型ZH11的苗期、拔节期和抽穗扬花期的水稻植株作为材料，对HSTL的时空表达特征进行研究。分析发现，HSTL在三个时期的叶片中表达都相对较高，而在根中的表达较低；在抽穗扬花期茎中的表达水平显著高于其他时期，在花药中的表达最低。对野生型ZH11抽穗扬花期的水稻植株进行42℃不同时间点的高温处理。发现热胁迫下，HSTL在节中的表达水平显著高于其他器官，而在花药中的表达水平较低。这些结果表明HSTL在水稻耐高温中起到了重要作用。
3.HSTL过表达载体及CRISPR/Cas9敲除载体的构建
为了明确HST及同源基因HSTL在水稻高温胁迫应答中的功能，通过同源重组法和CRISPR/Cas9基因编辑技术分别构建了HSTL的过表达载体和基因敲除载体，从而进行下一步的研究。
4.水稻HSTL过表达转基因植株及CRISPR/Cas9-hstl突变体植株的鉴定及初步表型分析
通过HSTL过表达载体及CRISPR/Cas9敲除载体在水稻植株中的转化，获得了OEHSTL-ZH11、OEHSTL-hst、hstl-ZH11和hstl-hst这4种转基因植株。在T0代的转基因植株中，利用PCR鉴定，获得了4个株系的OEHSTL-ZH11，6个株系的OEHSTL-hst、16个株系的hstl-ZH11和25个株系的hstl-hst共51个株系的阳性转基因植株。利用繁种获得的T1代hstl-ZH11和hstl-hst转基因水稻植株进行突变鉴定。在hstl-ZH11中获得了3个有效的移码突变，在hstl-hst中获得了4个有效的移码突变。对纯合突变体的表型进行初步分析发现，hstl-ZH11和hstl-hst都能正常生长，但其在产量和耐高温机制方面的研究还需要后期进行下一步的实验去验证。