光呼吸途径是普遍存在于植物中的一个重要的生理过程，尽管近年来许多研究都表明它并非一个单纯的耗能过程，然而至今仍未能为光呼吸的确切功能作一个定论。因此，加强对光呼吸功能的研究不仅具有重要的理论意义，而且具有重要实践的意义。羟基丙酮酸还原酶(Hydroxypyruvate Reductase，HPR；EC 1.1.1.29)作为光呼吸途径中唯一一个在空气中缺失不致死的基因，其活性是光呼吸途径(相关酶)中最大的。但是迄今为止对该酶的研究仍停留在酶学性质和表达特性上，尚未有人利用该酶在光呼吸途径中的特殊性质去研究光呼吸的新功能。此外，通过深入探讨.HPR与光呼吸途径的关系，进一步发掘HPR基因在光呼吸途径以外的新功能。本研究采用超表达和RNA干涉技术从分子水平上调控HPR-1基因的表达，测定转基因植株中与HPR-1相关的基因的表达量以及各种代谢物的含量变化，以求阐明光呼吸和HPR基因的新功能，得出如下主要结果： 1.超表达、干涉HPR-1转基因植株的构建通过特异引物从水稻中克隆出HPR-1基因的cDNA，选取适合片段分别构建了超表达和干涉载体用于转化水稻愈伤，经筛选、分化后获得转基因植株。并利用了 Hpt基因的PCR检测和Southernblot对所获得的转基因植株进行了鉴定。酶活测定的结果显示T<,0>代所有干涉植株的抑制效率均达到了97％，而超表达植株只有一个株系超表达达到了45％。 2.抗HPR-1蛋白的高效特异抗体的制备将HPR-1基因重组到pET载体上后转化到大肠杆菌中，经IPTG诱导2h后获得大量的目的蛋白。使用SDS-PAGE对目的蛋白进行纯化后用于免疫家兔。经三次加强免疫后获得了抗水稻HPR-1的多克隆抗体。Western blot的检测结果表明该多克隆抗体的效价高、特异性强。 3.水稻中的HPR可能存在同工酶T1代植株的HPR活性测定结果显示，超表达植株根部的HPR活性也大大提高(达到野生型叶片HPR的水平)，经SDS-PAGE及Western blot检测发现该HPR蛋白的亚基比叶片中的HPR-1蛋白的亚基小了8kD左右。并且Western blot结果表明在野生型和超表达植株的叶片中，除了41kD的目的带之外，在其下方还有一条较弱的杂交带。初步认为该带与根部表达的HPR蛋白相同。说明超表达载体在根部受到了不同的拼接。另外，RT-PCR在叶片中能扩增到HPR基因全长但在具有高HPR活性的根部却扩增不到。 4.HPR-1基因与相关基因之间的关系对GLO的活性测定表明不管是在干涉植株还是在超表达植株中，GLO的活性都有少量提高，对GLO的Western blot检测也表明GLO在这两种植株中的表达量都有所提高。但是对SGAT和GGAT两个转氨酶的Western blot结果却显示这两个转氨酶的表达量不受HPR-1活性变化的影响。 5.转基因植株的内源有机酸和游离氨基酸含量变化对T<,1>代植株中的部分有机酸进行测定，结果发现HPR的底物羟基丙酮酸在干涉植株中大量积累，而丙酮酸和a-酮戊二酸则在超表达植株中下降了近4倍。乙醛酸在干涉植株中有少量提高但在超表达植株中却提高了5倍。草酰乙酸和草酸的含量在T<,1>代植株中都无显著变化。 同时对这些植株的氨基酸测定结果显示：羟基丙酮酸的前体丝氨酸也在干涉植株中大量积累；天冬氨酸在超表达植株中提高了将近一倍，而在干涉植株中降低到野生型水平的三分之一；天冬酰氨则在超表达植株中提高了将近6倍；提高HPR-1对谷氨酰氨的含量没有影响，但在干涉植株中其含量却下降了2倍多。以上测定结果表明HPR-1及光呼吸途径在调控植物体内游离氨基酸含量起着重要的作用。 6.干涉植株的光呼吸强度使用Licor-6400光合测定仪对干涉植株在无CO<,2>条件下进行了光呼吸速率测定，结果表明在HPR-1活性下调了97％的干涉植株中，其光呼吸强度只下调了30％，意味着正常情况下水稻中存在有大量冗余的HPR-1。