葡萄是重要的果树作物之一,其果实以鲜食、酿酒和制干为主,也可以加工成果醋或转化为有益于人体健康的保健品。葡萄在我国农业生产和区域经济发展中占有十分重要的地位,我国的新疆、宁夏、甘肃及陕西等地区是葡萄主产区,葡萄种植面积和产量约占全国总量的40%以上。然而该地区水资源短缺,多数葡萄园没有灌溉条件,缺水对葡萄生长发育、产量有严重影响,水资源已经成为制约葡萄高质量绿色发展的主要因素之一。因此,挖掘葡萄抗旱基因,研究其调控机理,对创制抗旱优质葡萄新种质,以及对我国葡萄产业可持续发展具有重要意义。碱性亮氨酸拉链bZIP（Basic leucine zipper）转录因子是真核生物中分布最广泛、最保守的一类蛋白。大量的研究表明,bZIP转录因子家族具有许多重要的生物学功能,例如种子贮藏基因的表达、植物生长发育、光信号转导、病害防御、非生物胁迫应答,以及ABA的敏感性等各种信号反应,尤为重要的是bZIP在参与植物抗旱胁迫中发挥了关键作用。课题组前期通过对葡萄转录因子bZIP家族基因鉴定及其在不同逆境胁迫下的表达谱分析,筛选出了干旱胁迫下特异表达的转录因子bZIP30。在此基础上,本研究首次从葡萄品种（Vitis labruscana:V.labrusca×V.vinifera）‘巨峰’（Kyoho）中克隆到VlbZIP30,并通过遗传转化模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）和‘无核白’（Thompson Seedless）葡萄,研究了VlbZIP30对干旱胁迫响应的功能及其调控机制。获得如下主要研究结果:1、属于A亚家族的VlbZIP30受ABA和干旱胁迫诱导表达。VlbZIP30开放阅读框全长978bp,编码325个氨基酸。氨基酸序列分析表明其含有一个基本的亮氨酸拉链结构域和4个磷酸化位点（C1、C2、C3和C4）。系统进化树分析表明,VlbZIP30与A亚家族的ABF/DPBF亲缘关系最近。从‘巨峰’葡萄基因组DNA中克隆了VlbZIP30长度为2000bp的启动子序列,并构建了含有GUS报告基因的植物表达载体,转化到拟南芥后发现在种子、幼苗、花序、茎、毛状体、花和长角果中均检测到GUS活性,且GUS的活性受到ABA或甘露醇处理诱导增强。另外,ABA和脱水处理可诱导葡萄叶片VlbZIP30上调表达,这些结果暗示着VlbZIP30参与葡萄响应干旱胁迫。2、VlbZIP30可能通过调控干旱胁迫相关基因的表达来增强拟南芥的干旱胁迫抗性。过表达VlbZIP30显著增强了拟南芥在幼苗期和成龄苗期对渗透胁迫和干旱胁迫的抗性。转录组分析显示,在ABA或甘露醇处理下,幼苗期拟南芥中大部分ABA信号基因和干旱响应基因受VlbZIP30转录调控。从转基因植物中上调的39个拟南芥基因和对应的35个葡萄同源基因的启动子中分别鉴定到一个拟南芥G-box元件（CACGTG）和一个潜在的葡萄G-box元件（MCACGTGK）。随后,利用两个葡萄相关的数据库数据,发现在检测到的葡萄基因中有74%（23/31）和84%（21/25）的基因分别被ABA或干旱胁迫显著诱导表达,表明这些基因可能与ABA或干旱胁迫有关,并且在葡萄中可能受VlbZIP30调控。3、VlbZIP30通过激活木质素生物合成基因的表达并增加木质素沉积以及激活干旱胁迫基因的表达来共同促进葡萄抗旱性的增强。在对照条件下,过表达VlbZIP30的转基因葡萄植株在茎的表皮和次生木质部表现出木质素的显著沉积（主要是G型和S型木质素）。研究发现,这是由于VlbZIP30调控木质素生物合成基因VvPRX4和VvPRX72的表达上调所致。同时还发现,在干旱条件下,VlbZIP30的过表达显著增强葡萄的抗旱性,具体表现为转基因植株叶片的失水率降低,保持了有效的光合速率,以及增加木质素的积累（主要是G型木质素）。EMSA、双荧光素酶活性分析和染色质免疫沉淀（ChIP）-q PCR实验结果表明,VlbZIP30可以直接特异性结合木质素生物合成基因（VvPRX N1）和干旱响应基因（VvNAC17）启动子上的G-box顺式作用元件,以激活其表达,最终赋予转基因葡萄的抗旱性。4、利用RNA-seq和ChIP-seq关联分析,系统解析VlbZIP30基因参与调控葡萄抗旱性的调控机制。通过ChIP-seq分析,在全基因组范围内鉴定VlbZIP30直接结合的靶基因。ChIP-seq结果表明,VlbZIP30与包含ACGTG（G-box）的DNA序列结合。结合ChIP-seq和RNA-seq数据结果,本研究鉴定到VlbZIP30可能诱导的48个靶基因。通过ChIP-q PCR分析,证实了VlbZIP30直接与启动子中包含G-box元件的四个靶基因（VvNAC26、VvDHN1、VvGRAS17和VvVQ6）结合。此外,在干旱条件下,无论是拟南芥还是葡萄,过表达VlbZIP30的转基因植株中积累的H2O2均比野生型植株少。本研究发现VlbZIP30可以通过调节下游靶基因的表达来增强植物体内ROS的清除活性,从而提高葡萄的抗旱性。5、综上,本研究发现葡萄VlbZIP30可以通过结合葡萄茎上特异表达的木质素生物合成基因VvPRX4和VvPRX72启动子区域上的G-box（ACGTG）元件来激活它们的表达,进而促进无核白葡萄茎上的木质素沉积。同时研究发现,在干旱胁迫条件下,过表达VlbZIP30的转基因植株的叶片增加了木质素的生物合成,保持了有效的光合速率,以及增强了ROS的清除活性进而提高植株的抗旱性。研究表明这是由于VlbZIP30可以直接特异性结合叶片中特异表达的木质素生物合成基因（VvPRX N1）和干旱响应基因（VvNAC17、VvNAC26、VvDHN1、VvGRAS17和VvVQ6）启动子上的G-box元件,来激活它们的表达,最终赋予转基因葡萄的抗旱性。