干旱胁迫是水稻生产最严重的制约因素之一。水稻响应干旱胁迫过程中的生理生化反应及表型变化都是通过相关基因来决定的,这些基因参与各种分子调控途径,并相互交叉形成一套复杂的抗旱调控网络,最终达到响应干旱并抵御干旱胁迫的目的。由于水稻抗旱机制的复杂性和抗旱指标的多样性,通过正向遗传学发掘抗旱相关基因困难重重,而随着水稻功能基因组学(基因组测序、转录组学和蛋白质组学)和生物信息学的快速发展,使侯选基因法(反向遗传学)克隆抗旱相关基因越来越重要。水稻受干旱胁迫的影响远大于其它作物,水稻种质资源中存在许多抗旱性状相关的基因型变异,在过去的几十年里,通过回交将抗旱干相关基因导入旱敏感优良品种中,结合严格的抗旱筛选获得了许多抗旱导入系。本论文利用比较转录组测序,结合基因组DNA重测序对水稻抗旱导入系H471及其亲本(供体亲本P28和轮回亲本HHZ)进行了旱胁迫下全基因组的表达谱分析,对抗旱分子机制进行了初步探讨。结果显示,供体染色体片段导致了抗旱导入系H471全基因组水平上的基因表达变化,进而提高了H471抗旱能力。尽管大部分旱胁迫响应基因共同存在于抗旱导入系H471及其亲本中,但是表达水平存在显著差异,包括众多组成型差异表达基因和旱胁迫下的差异表达基因,并且这些基因随胁迫程度呈现整体变化的规律。GO分析发现,与HHZ相比,H471和P28组成型差异表达的基因主要涉及氧化还原和裂解等生命反应,而旱胁迫条件下的差异表达基因在轻度胁迫条件下主要富集于信号转导和转录调控等方面,重度干旱胁迫条件下差异表达基因涉及多方面的干旱胁迫响应途径。干旱条件下H471 vs HHZ中的差异表达基因仅少数位于导入区段中,而多数分布于导入区段外的基因组中,暗示供体区段引起了整个基因组上的基因表达变化。共调控和KEGG分析发现,H471与HHZ的差异表达基因形成了复杂的抗旱分子调控网络,其中,JA和GA信号途径参与抗旱胁迫反应(如氧化还原平衡的调控、气孔调控、渗透调节等)的调控,是增强H471抗旱性的重要因素。旱胁迫应答基因、品种间差异表达基因、导入区段和抗旱相关QTLs的重叠分析,为抗旱候选基因的克隆和抗旱相关分子机制的解析打下了基础。水稻抗旱分子机制的深入解析及利用很大程度上取决于单个基因功能的认知程度,本研究论文利用过表达和RNAi技术对抗旱功能候选基因OsDRAP1进行了初步的功能验证。OsDRAMP1属于AP2/EREBP转录因子DREB2亚家族,在所有组织中都表达(主要在各器官的维管束组织中表达),并可以响应多种环境胁迫和激素。OsDRAP1蛋白定位于细胞核内,具有转录激活活性,可以激活下游抗旱相关基因和发育相关基因的表达,以此响应旱胁迫和维持植株的正常生长发育。酵母双杂交、BiFC和CoIP分析显示OsDRAP1与OsCBS1相互作用,共同调控下游相关基因的表达。细胞学分析结果显示OsDRAP1可能参与维管束组织的发育,推测OsDRAP1可能在调控水稻植株发育和抵御环境胁迫方面具有重要作用。由于PsDRAP1过量表达会对水稻生长发育产生多方面的不良影响,为解决过量表达OsDRAP1基因引起的负效应,本研究在课题组已有逆境胁迫基因芯片全基因组时空表达谱分析的基础上,结合RT-PCR和qRT-PCR验证了7个根系特异表达基因,分离了其中5个根系特异启动子rRSP1-5,并对它们及A2P(OsAct2启动子)的活性及组织特异性进行了验证。转基因植株GUS表达水平及组织化学染色分析发现rRsP1、rRSP3、rRSP5在根系中特异驱动报告基因表达并显示不同活性,rRSP2和rRSP4除在根系中具有高活性外,在叶片和茎秆中有少量活性,在其它组织中几乎没有活性,并且它们在不同物种间存在类似的组织特异性。构建了A2P::OsDRAP1和rRSP2::OsDRAP1双T-DNA表达载体,对水稻进行遗传转化,为进一步分析过表达和根系特异表达OsDRAP1对水稻抗逆性及其它性状的影响提供材料基础和理论参考。