植物体内过氧化氢（H₂O₂）是一把双刃剑,一方面可作为信号分子帮助植物应对各种生长环境,但它积累过多时会导致植物受到毒害,因此及时清除植物体内H₂O₂,调整细胞氧化还原水平是非常重要的。植物体内含有多种与H₂O₂代谢相关的蛋白,其中,过氧化氢酶（Catalase,CAT）可以将H₂O₂分解为H₂O和O₂,是一种非常重要的活性氧清除酶。在众多环境胁迫,如盐碱,高光,病原体感染中的一个主要变化就是植物体内活性氧的积累以及细胞内氧化还原态的变化。水稻广泛种植于热带亚热带地区,这些地方经常遭遇逆境胁迫,因此研究水稻CAT活性的调控机制及如何参与胁迫应答具有重要的理论与实际意义。前人研究显示植物体内CAT激活需要NCA1（No Catalase Activity1）蛋白的辅助,水稻基因组中存在两个OsNCA1基因,OsNCA1a和OsNCA1b,分别位于1号及2号染色体上,相似度高达94.5%。本实验室前期工作通过异源表达、酶活测定和亚细胞定位等方法的研究结果显示:二者均可以激活CAT活性,并且他们都定位在细胞质。本文进一步研究水稻两个NCA1基因的功能及其作用机理,获得了如下结果:1.通过CRISPR/Cas9技术获得了单独敲除OsNCA1a,OsNCA1b以及同时敲除OsNCA1a和OsNCA1b的突变体植株nca1a,nca1b,nca1a/nca1b。通过对上述突变体植株的表型观察和酶活测定发现,nca1a,nca1b单基因突变体纯合株系表型和酶活与野生型没有显著差异,而nca1a/nca1b双基因突变体纯合株系叶片中CAT活性降低了90%以上,叶片出现了白斑类病斑表型。上述结果表明OsNCA1a和OsNCA1b的在正常生长条件下其功能是冗余的。2.酵母三杂交的实验结果表明,水稻NCA1a蛋白和NCA1b蛋白可以分别与CATC发生互作,但不能同时与CATC互作,NCA1a与NCA1b之间也不能发生互作,因此推测CATC上仅有一个NCA1结合位点。3.为了进一步探究水稻中存在两个NCA1的功能及其作用机理,本研究检测了胁迫条件下突变体植株的酶活及表型性状。结果显示,在盐胁迫处理条件下,单基因突变体CAT活性变化趋势与野生型水稻一致,表明水稻中两个NCA1存在任意一个即可满足水稻在盐胁迫下CAT活性调控的需要。此外,本文还初步研究了CAT的另一个互作蛋白乙醇酸氧化酶（Glycolate oxidase,GLO）的互作/解离机理。根据本实验室前期研究结果,水稻中GLO和CAT可以发生互作,且提出了GLO-CAT动态互作解离模型,用以解释水稻CAT对H₂O₂亲和力很低却清除效率很高的原因。本研究进一步证明:（1）GSH也像水杨酸（SA）一样可以显著降低GLO-CAT的BiFC荧光发生效率,表明GSH亦具有抑制GLO和CAT互作的功能;（2）采用多基因转化技术构建了带有GLO-eYFP和CAT-eYFP的转基因水稻,为在整体植株水平深入研究GLO-CAT的互作/解离的调控机理奠定了基础。