水稻是世界上最重要的粮食作物，也是一个重要的研究功能基因的模式植物，世界上1/3以上的人口以其为主食。非生物逆境，如干旱、高盐、重金属以及氧化逆境都会对农业生产产生严重的威胁，是全世界作物减产的主要因素。非生物逆境对作物的影响在许多地区已成为农业发展的瓶颈。因此，为确保粮食的持续稳产、高产，培育对干旱、高盐、重金属胁迫等非生物逆境具有良好抗性的水稻品种势在必行。但目前通过传统育种改善作物性状及抗逆性有一定的局限性，而现代生物基因工程技术以其预见性好、效率高等优点，成为培育耐逆作物新品种的有效途径之一。通过现代分子生物学技术挖掘逆境相关基因并阐明其耐逆的分子机制，是培育抗逆新品种的关键所在。　　 为了发掘新的水稻耐逆功能基因，并深入研究水稻耐逆的分子机理，本实验室采用Affymetrix水稻表达芯片分析了超级稻亲本培矮64S在不同逆境（高温、干旱、低温）胁迫下、不同生育时期叶片和穗中全基因组表达谱，对2个候选基因OsDSSR1（Oryza sativaL.drought and salt stress responsive gene1）和OsMSR3(Oryza sativaL.multiple stressresponsive gene3)进行了深入研究。　　 基因芯片数据分析表明，OsDSSR1基因受低温、高温、干旱诱导上调表达。定量实时PCR分析进一步证实了此基因在逆境条件下的诱导表达模式，所得结果与芯片基本吻合，进一步证实OsDSSR1基因为多逆境诱导表达基因。同时，采用实时荧光定量PCR分析了OsDSSR1基因在不同非生物逆境处理下的表达谱变化，发现它的表达受PEG、NaCl、ABA及H2O2的诱导。应用RT-PCR方法克隆了OsDSSR1含全长ORF的cDNA序列，并构建了该基因的超表达载体、RNA干扰载体、启动子分析载体和亚细胞定位载体，采用农杆菌浸染法转化水稻获得转基因植株，并对转基因株系进行了初步的功能分析。结果表明，OsDSSR1基因的超表达转基因株系降低了对ABA的敏感性，同时增强了转基因植株的耐旱、耐盐和耐氧化胁迫的能力;转基因水稻GUS染色结果显示，GUS信号主要在水稻的根、茎、叶、节间及颖花中。利用农杆菌浸染洋葱表皮的技术将载体pCAMBIA1300-OsDSSR1-hGFP转化洋葱表皮细胞，发现OsDSSR1::GFP荧光蛋白定位于细胞质和细胞核中。　　 sHSPs是一类重要的逆境响应蛋白，具有分子伴侣的功能，对于增强植物耐逆性具有重要的作用。OsMSR3基因来源于水稻第Ⅰ类小分子热激蛋白家族，前期研究表明，该基因受低温、干旱和高温诱导。本研究中，实时荧光定量PCR分析表明，OsMSR3基因同时也受Cd逆境诱导表达。拟南芥中表达OsMSR3基因，转基因拟南芥植株增强了耐Cd性，转基因拟南芥的根长增长，存活率升高，而且和野生型相比，在Cd逆境条件下，转基因植株含有更高的Cd含量，植物螯合肽、非蛋白巯基和谷胱甘肽的含量也明显高于野生型。转基因拟南芥增强耐Cd性的同时还伴随着bHLH转录因子和耐Cd基因表达量的提高。总之，我们的实验结果表明，在拟南芥中表达OsMSR3基因增强了耐Cd性，OsMSR3基因在植物耐Cd性中可能扮演了一个正调控因子的角色。