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水通道蛋白是广泛存在于动植物细胞中的水分快速跨膜转运通道,已有研究显示其功能涉及植物生长发育、细胞增殖、花粉发育、种子萌发、非生物胁迫应答、激素应答等。本实验室前期从水稻幼穂中克隆了一个水稻水通道蛋白基因,命名为OsAQP,半定量RT-PCR分析表明,OsAQP可能与水稻非生物胁迫应答有关,但是功能尚不明确。本文采用qRT-PCR技术检测了2种非生物胁迫和7种植物激素对水稻OsAQP基因表达的影响,结果表明干旱和高盐均可诱导OsAQP基因表达量的上调,其表达模式具有不同的规律。模拟干旱处理检测结果显示该基因在根中上调水平显著高于地上部分,在干旱处理5 h后,OsAQP在根中的表达量达到最高值,为处理前的12.87倍,并且在10 h和24 h也维持在处理前的9.6-10.6倍。而该基因在地上部分的表达水平尽管都有上调,但是幅度较小,在0.5 h、5 h、10 h和24 h这4个时间点的表达水平都不超过处理前的3倍,峰值出现在处理0.5 h后,上调幅度仅为处理前的2.39倍。高盐处理的检测结果与干旱处理大体类似,该基因在根中表达水平的最高值出现在处理后的5 h和10 h,上调了9.68倍,在处理24 h时依然维持6.7倍的高表达水平。该基因在地上部分的表达也没有在根中的变化剧烈,尽管都表现为上调,但是最大表达量出现在处理后10 h,仅上调3.15倍。为了解OsAQP基因与植物激素之间的关系,采用6-BA、Me JA、ABA、BR、IAA、GA和Me JA7种激素对水稻幼苗进行处理,检测其表达特征,发现OsAQP基因在根和地上部分的表达量均有上调,而且也呈现不同的表达规律,并且与非生物胁迫处理结果类似的是,该基因的表达量在根中变化幅度大,而地上部分波动小。其中MeJA处理使OsAQP在根中的表达量上调幅度最大,为处理前的21.08倍,而GA使该基因在根中的表达量上调幅度最小,仅为处理前的2.77倍。相比之下,该基因在地上部分的表达水平尽管也都有上调,但是幅度较小,GA处理使该基因在地上部分表达量上调幅度最大,为处理前的5.84倍,BR处理对该基因在地上部分的表达几乎无影响,为处理前的1.05倍。上述结果说明OsAQP基因的表达受到6-BA、Me JA、ABA、BR、IAA、GA、Me JA激素以及干旱、高盐胁迫不同程度的诱导。为了研究OsAQP基因与非生物胁迫的关系,采用DNA重组技术构建了受控于CaMV35S启动子的该基因的植物过表达载体pCAMBIA1302-OsAQP-GFP,转入拟南芥,并且筛到了纯合转基因拟南芥植株。以转基因拟南芥为材料,检测干旱和高盐处理对转基因拟南芥种子萌发以及幼苗生长的影响,发现转基因拟南芥种子在模拟干旱(300 mM甘露醇)和高盐胁迫(200 mM NaCl)条件下,萌发时间明显早于野生型1-2 d;但当甘露醇浓度和NaCl浓度分别达到400 mM和250 mM时,野生型和转基因拟南芥都不发芽,说明OsAQP基因过表达可以在一定的胁迫条件范围内提高转基因拟南芥种子萌发中对干旱和高盐的耐受性。对转基因拟南芥幼苗在高盐和干旱条件下的生长状态的观察发现,15 d时与野生型相比,转基因拟南芥长势好、根更长。对叶片MDA含量的测定发现,处理前,两种材料中MDA含量无显著差异,经干旱、高盐处理后,转基因拟南芥的MDA含量比野生型的低并且呈显著差异,说明OsAQP基因过表达提高了转基因拟南芥对干旱高盐的耐受性。为了研究OsAQP基因在水稻生长发育中的功能,采用DNA重组技术构建了受控于玉米泛素启动子的植物过表达载体pCAMBIA1390-Ubq-OsAQP,对水稻进行遗传转化,并筛选获得T0代转基因植株10棵。对其农艺性状分析显示,OsAQP过表达T0代植株的千粒重和株高有显著性差异,在穗长、有效分蘖数、一级枝梗数、总粒数、实粒数、结实率和总分蘖数方面没有差异。本研究检测了干旱、高盐以及ABA、JA、SA、MeJA、IAA、BR和GA对水稻OsAQP基因表达的影响,并采用转基因技术对该基因在非生物胁迫中的功能进行了初步鉴定,发现该基因异源过表达能够提高转基因拟南芥在萌发和幼苗生长中对干旱和高盐的耐受性。进一步构建了该基因过表达转基因水稻,完成了对T0代转基因水稻的筛选,为后续研究该基因在水稻生长发育中的功能以及提高水稻非生物胁迫耐受性的应用潜力奠定了基础。