干旱是影响农作物生产的最严重的非生物胁迫因素之一。克隆并应用抗旱基因,提高水稻的抗旱能力,对于我国乃至全世界粮食安全都具有重要意义。本研究从水分胁迫处理下的芯片表达谱中筛选出受到水分胁迫诱导表达抗旱候选基因DBL9、OsERF62和OsMYB48-1。通过对这3个基因的转基因植株进行一系列的抗旱性鉴定和抗旱机理的研究,为发掘利用抗旱基因资源、改良作物抗旱性奠定了基础。本研究的主要结果如下:1. DBL9基因的克隆与功能分析DBL9(DROUGHT-RESPONSIVE BC1L9)编码个 COBRA-like 蛋白,具有 N 端信号肽和CCVS结构域。DBL9基因在典型水稻旱稻材料中存在多处变异。对84份来自世界不同地区、不同籼粳分化的水旱稻材料进行单倍型分析,发现Type 4类单倍型是粳稻中早稻所特有的。DBL9基因在IRAT109和日本晴中都受到PEG、高盐、低温、H202、脱水和ABA胁迫诱导表达,并且在IRAT109中的受诱导表达程度显著高于日本晴。Real-time PCR和GUS组织化学染色结果表明DBL9基因在幼苗期的根、叶鞘、叶片和生殖生长期的根、茎、叶鞘、叶和穗中都有表达,并且在IRAT109中的表达量显著高于在日本晴中的表达量;亚细胞定位结果表明DBL9在细胞壁和细胞膜中表达。抗逆鉴定结果显示OEI (Pro35s::DBL9IRAT109)和OEN (Pro35s::DL9Nipponbare)都能够提高转基因植株对高盐、高渗透、PEG模拟干旱胁迫、苗期土壤干旱胁迫和低温胁迫的抗性。由此推测DBL9基因参与调控植株的抗逆性,并且cDNA区的SNP对其抗逆功能并无显著影响。针对DBL9启动子区的3个SNP,我们构建了 5种GUS表达载体,对转基因植株进行GUS表达水平的定量分析显示,启动子区的3个SNP是造成DBL9基因在水早稻中表达量差异的原因。在脱水、高盐和低温胁迫处理下,超表达DBL9的转基因植株积累的ROS含量显著地低于野生型对照。超表达DBL9基因引起植株苗期根部细胞壁的单糖组分发生变化,因此推测,DBL9可能通过影响细胞壁单糖组分含量,参与到细胞壁的建设过程中,从而提高转基因植株的抗旱性。2.OsERF6 基因的克隆与功能分析OsERF62基因编码具有1个AP2结构域的ERF类转录因子。OsERF62在IRAT109和日本晴中都受到多种非生物胁迫和激素的强烈诱导表达。OsERF62蛋白位于细胞核,具有转录激活活性,转录激活域位于C端。超表达OsERF62能够提高转基因植株对高盐、高渗透胁迫、PEG模拟干旱胁迫、ABA和苗期土壤干旱胁迫的抗性;而抑制表达OsERF62的转基因植株对高盐、高渗透胁迫、ABA和苗期土壤干旱胁迫的敏感性增强。且OsERF62超表达植株的失水速率较野生型慢,而抑制表达植株的失水速率较野生型快。在脱水和PEG胁迫处理下,OsERF62超表达植株中积累的ROS量较少而抑制表达植株中积累的ROS量较多。超表达OsERF62能够减轻植株对氧化胁迫的敏感性;且ROS清除相关基因如APX1、APX2、catB、POD1和POD2在OsERF62超表达植株中的表达量显著升高。OsERF62超表达转基因植株的乙烯释放量升高,而抑制表达植株中乙烯释放量降低。此外,乙烯合成相关基因AC03和ASC6在OsERF62超表达植株中的表达水平升高,而在抑制表达植株中的表达水平降低。综上所述,OsERF62是一个ERF类转录因子,可能通过调控乙烯的合成和ROS的清除能力从而正向调节水稻的抗旱性。3. OsMYB48-1的克隆与功能分析OsMYB48-1基因编码一个新型的MYB-1R型转录因子。该基因受到PEG、ABA、H202和脱水胁迫的强烈诱导表达,轻微地受到高盐和低温胁迫的诱导表达。OsMYB48-1蛋白定位于细胞核,具有转录激活活性,且激活域位于C端。过量表达OsMYB48-1能够提高转基因植株对高盐、高渗透、PEG模拟干旱和苗期土壤干旱胁迫的抗性。在干旱胁迫条件下,与野生型对照相比,OsMYB48-1超表达转基因植株的失水速率较慢,体内积累的有害物质MDA含量相对较少而渗透调节物质脯氨酸含量较多。过量表达OsMYB48-1能提高转基因植株在发芽期和苗期对ABA的敏感性,同时在干旱处理条件下,超表达植株体内积累的ABA含量高于野生型对照。进一步研究表明,过量表达OsMYB48-1能够提高转基因植株中ABA合成相关基因(OsNCED4、OsNCED5)、ABA早期信号基因(OsPP2C68、OSRK1)和滞后应答基因(RAB21、OsLEA3、RAB16C和RAB16D)的在干旱条件下的表达水平。综上所述,OsMYB48-1基因编码一个新型的MYB-1R型转录因子,通过调控胁迫诱导的ABA合成和信号传导,进而正向调节植株的抗旱性。