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水稻是世界上重要的粮食作物之一,但在生产中常遭受稻瘟病、白叶枯病等病害的危害而导致减产。通过包括基因工程在内的生物技术与常规育种相结合进行抗病遗传改良,是培育持久抗病新品种的有效途径,水稻抗病分子机制剖析是其重要的基础。启动子是转录调控的重要组件,它控制着基因的表达,对抗病信号途径中重要基因启动子表达特征的剖析,是阐明植物抗病分子机制的重要途径。迄今已有大量的植物抗病(R)基因的分离和功能研究报道,表明R基因在植物抗病中起重要的调节作用,但其表达调控机制方面的报道还不多见。另外,对许多抗病相关基因的诱导表达调控机制的认识也相当有限。鉴于此,本研究对ABI2、Xal、Xa21 和 DRERF1(DefensRelated ERF Protein)等水稻抗逆(病)相关基因启动子进行了表达分析,并剖析了高效应答水稻白叶枯病和稻瘟病的ANK包含蛋白 PIANK1(Pathogen Induced Ankyrin Repeat Containing Protein)基因的表达和功能,主要的研究结果如下:1. OsABI2启动子驱动的GUS在水稻根茎叶中都有表达,其中根表达量最高,叶表达量最低,而且根部分生组织区明显高于根部其他组织。另外在萌发的芽中也有明显表达。OsABI2启动子在T1代转基因植株的诱导表达的GUS蛋白活性分析结果表明,在机械损伤、稻瘟病、干旱逆境和ABA、MeJA和SA处理条件下,OsABI2启动子驱动的GUS活性都出现了明显上调。上述研究结果说明,OsABI2很可能参与了发育,生物和非生物逆境胁迫的调控。2. Xa21启动子在水稻根部的活性高于茎和叶,特别是根部的中柱区活性很强。Xa21启动子的活性受到发育阶段的调控,水稻3叶期活性较弱,此后一直到8-9叶期则活性逐渐增强;Xa21启动子的活性还受到茉莉酸甲酯(MeJA)和机械损伤的诱导,而干旱、SA和ABA处理则对其活性影响不明显。这些结果表明Xa21启动子具有一定的器官组织和发育阶段特异性,其介导的抗病反应依赖于JA信号通路。3.Xa 启动子驱动的GUS在水稻根中的活性明显高于茎和叶,且在根部的中柱区GUS的活性明显高于周围组织;在外源MeJA作用下GUS的活性显著增强,在SA和ABA处理下也有一定程度的增强,这些结果暗示Xa1的抗病作用与其在根系中柱的组织特异性表达存在一定的相关性,MeJA对Xa1启动子的活性起重要的调控作用。4.OsDRERF1启动子驱动的GUS活性在SA和MeJA处理下明显升高,在稻瘟病侵染条件下GUS活性也显著增加,说明OsDRER1启动子是一个对稻瘟病病原菌敏感的诱导型启动子,OsDRERF1基因参与了 SA和MeJA介导的抗病信号途径。5.OsPIANK 启动子在稻瘟病和机械损伤处理之后,驱动的GUS活性持续增强,表明OsPIANK1启动子是一个能对稻瘟病侵染持续高效应答的诱导型启动子。在其长度为1985bp的启动子区域中发现了 TCA-element,JERE,GCC等多个保守的生物逆境胁迫的应答元件。进一步对启动子不同缺失体的诱导活性进行分析,结果表明-1101 bp和-563 bp分别是OsPIANK1基因应答MeJA和SA的最短区段。TCA-element可能是OsPIANK1应答SA的必要元件;JERE, GCC和CGTCA-box可能是应答MeJA的重要元件。亚细胞定位结果显示OsPIANK1-GFP融合蛋白位于细胞核。过量表达OsPIANK1提高了转基因水稻对稻瘟病的抵抗力,而且能够诱导SA和JA途径中NHI、PR1b、PR5、PAL、AOS2多个抗病相关基因表达量的提高,说明OsPIANK1位于NH1基因的上游,通过SA和JA信号途径调控水稻对稻瘟病的抗性。