非生物胁迫是制约植物生长,影响农作物产量与质量的重要因素。全球气候日益恶化,高温、干旱等恶劣气候频繁出现,使粮食作物的生产受到了严重的影响。水稻是世界上最重要的粮食作物,为全球一半以上的人口提供主要粮食来源,稻米更是在东南亚地区不可或缺的主粮。因此,为确保粮食的持续稳产、高产,培育对高温、干旱等非生物逆境具有良好抗性的水稻品种具有重大意义。通过实验手段发掘逆境响应相关的基因并阐明其参与逆境响应的机制,是培育抗逆新品种的关键性第一步。基于高通量基因芯片技术的基因表达谱分析是功能性基因研究的重要手段。为研究长时间高温胁迫对水稻幼穗发育的影响,本研究用22k水稻基因芯片分析3天高温胁迫后耐热水稻品种996和热敏感水稻品种4628幼穗(花粉母细胞减数分裂期)中基因的表达谱。结果发现,在996和4628中共有上调和下调的基因分别为219个和457个,而两者中特异上调的基因分别有303和105个,特异下调的基因分别有451和309个。在共有的差异表达基因中,涉及细胞分裂和生长、细胞壁的重塑、初级代谢、次级代谢和能量代谢过程的相关基因在下调基因中所占比重较大,而与逆境响应相关、细胞调控和信号相关的基因在上调基因中所占比重较大,说明长时间的高温严重影响了水稻幼穗细胞正常的生命活动,但动员一些与逆境和调控的相关基因以适应高温的胁迫。几类重要的逆境相关基因包括HsP、AP2/EREBP、HSF、WRKY和GST在耐热品种996中上调幅度较高或在996中特异上调,或者在4628中特异下调或上调幅度较小,可能在影响水稻的耐热性上发挥特定作用。HSPs是一类重要的逆境响应蛋白。HSPs(?)使分子伴侣功能,在增强植物的耐逆性上发挥重要作用。前期研究发现OSHsP23.7受高温和高盐的诱导,可能参与水稻对逆境的响应过程。本研究对野生型和OsHSP23.7过表达转基因水稻进行干旱、高盐和温度胁迫处理的比较试验,探讨OsHSP23.7在水稻逆境响应中的作用。相对野生型而言,OsHSP23.7过表达水稻株系的种子在甘露醇和NaCl培养基上萌发率更高；干旱和高盐处理试验显示OsHSP23.7过表达水稻株系具有更高的存活率和较良好的生长状态。此外,干旱和高盐胁迫下OSHSP23.7过表达水稻具有较低的REC和MDA含量以及较高的游离脯氨酸水平。这些结果表明过表达OsHSP23.7能增强转基因水稻的抗旱和抗盐能力。Real-time PCR检测的结果表明,OsHSP23.7不是通过在转录水平调控SODs和APXs的表达而影响水稻的耐逆性。DREBs是AP2/EREBP家族中重要的一类转录因子,在植物对非生物胁迫响应过程中具有重要的调节作用。亚细胞定位预测和洋葱表皮瞬时表达分析表明,OsDREBA5-1定位于细胞核。过表达OSDREBA5-1增强水稻对ABA的敏感性,而通过RNAi抑制OsDREBA5-1的表达则使水稻对油菜素内酯的敏感性减弱。苗期干旱处理结果显示,OsDREBA5-1过表达增强水稻对干旱的耐性。此外,过表达OsDREBA5-1导致水稻植株叶倾角增大。扫描电镜和石蜡切片的结果显示过表达OsDREBA5-1的植株叶枕部纵向排列的细胞比野生型中的长。Real-time PCR结果显示,相对野生型,干旱胁迫下OsDREBA5-1过表达植株中一些逆境相关基因的表达显著上调；OsDREBA5-1影响OsDWARF4、细胞分裂、细胞伸长和细胞壁重塑相关基因的表达。以上结果表明,OsDREBA5-1可能通过调控一些逆境相关基因的表达参与水稻对干旱胁迫的响应；OsDREBA5-1参与油菜素内酯信号的转导,并可能主要通过调控细胞分裂、细胞伸长和细胞壁重塑相关基因的表达影响水稻叶倾角的大小。