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植物钙依赖的蛋白激酶（CDPKs）是细胞钙信号的受体，在植物生长发育、病原防御、非生物环境胁迫、离子通道运输等生理反应的信号传递过程中起着重要的调控作用。水稻存在多个CDPKs基因，有少数几个基因的功能比较清楚，它们与水稻的发育或胁迫响应有关，其它大多数基因的功能有待进一步研究。本研究首先分析了水稻CDPKs基因启动子区的胁迫响应元件，然后利用RT-PCR和Northern blot杂交技术并结合水稻表达数据库（RED：http://red.dna.affrc.go.jp/RED/）的数据，对CDPKs基因在不同胁迫环境和不同水稻组织中的转录表达情况进行了分析，根据表达结果鉴定出胁迫响应基因：选取OsCPK8和OsCPK6基因，利用RNAi抑制基因表达技术和超表达技术对它们的功能进行了分析，分别明确了它们在水稻株高的形态建成和非生物胁迫响应中的作用。本研究获得的主要研究结果如下：1水稻CDPKs基因的表达分析1．1通过对CDPKs保守序列的搜索分析，在水稻基因组中鉴定出29个CDPKs基因，它们具有典型的CDPKs结构域，即Ser／The蛋白激酶区、钙调素类似结构域。1．2 29个CDPKs基因启动子区域均含有数量不等的多种调控胁迫响应的顺式元件，暗示这些基因可能与这些胁迫响应有关。这些元件包括ABA响应元件EBOXBNNAPA，光调控元件IBOXCORE、脱水响应元件MYBCORE、MYCATRD22、DRECRTCOREAT，低温响应元件LTRECOREATCOR15，热激响应元件CCAATBOX和防卫反应元件WBOXATNPR1。1．3在水稻表达数据库中检索出11个与水稻CDPKs基因对应的ESTs，它们对低温、干旱、高盐、几丁质激发子处理和稻瘟病病菌侵染等胁迫表现出广泛的转录响应。1．4根据水稻CDPKs基因转录表达的组织特异性，可将水稻CDPKs基因分为7类；新筛选出3个受胁迫诱导发生表达变化的水稻CDPKs基因，OsCPK6、OsCPK17和OsCPK25，其中OsCPK6受干旱和盐胁迫诱导转录表达上升，OsCPK17在低温、干旱和盐胁迫刺激下转录量下降，OsCPK25受热激诱导转录量上升。这些胁迫诱导基因在水稻对逆境胁迫的响应中可能起着重要作用。2 OsCPK8基因功能分析2．1运用RNAi技术构建了OsCPK8基因的抑制表达载体并转化水稻，大部分转基因植株较野生型植株高度降低，植株矮小的原因主要是节间缩短，倒1、2、3节间和穗长的变化对植株高度变化的影响最大。2．2对OsCPK8基因的表达和转基因植株的高度进行共分离检测，结果表明株高与OsCPK8基因的RNA表达量呈现出共分离，矮化植株中OsCPK8基因的表达受到抑制，转录量有不同程度的下降。说明OsCPK8基因表达量的下降是植株变矮的原因。2．3水稻内源赤霉素含量测定表明，OsCPK8 RNAi矮化植株内源GA3含量显著低于野生型植株的水平；施用外源赤霉素，矮化植株的株高有一定程度的回复，但不能回复到野生型水平；对幼苗进行赤霉素敏感性分析的结果表明，矮化植株对赤霉素不如野生型敏感。这些结果表明OsCPK8 RNAi矮化植株的赤霉素合成和信号传递途径均可能受到阻碍。2．4 OsCPK8 RNAi矮化植株中赤霉素合成相关基因OsGA2ox1和OsGA2ox2，以及赤霉素信号调控基因OsGAI的转录表达发生了改变，在此基础上提出了OsCPK8的信号通路假设。2．5对OsCPK8 RNAi矮化植株进行的细胞学分析表明，矮化植株节间的伸长区细胞纵向长度变短，这可能是植株矮化的细胞学基础。3 OsCPK6基因功能分析3．1利用RT-PCR技术从水稻中分离出OsCPK6基因的全长cDNA片段，根据其核苷酸序列推测的氨基酸肽链包含508个氨基酸，具有典型的钙依赖的蛋白激酶结构。OsCPK6定位于细胞膜和细胞核。3．2将OsCPK6全长cDNA片段置于CaMV35S启动子的调控下导入水稻，获得16个单拷贝转基因植株，RNA水平的表达分析表明，转基因植株中OsCPK6基因转录量比非转化对照高。3．3干旱和盐胁迫试验表明，3个转OsCPK6基因株系S1、S3和S5在胁迫下的萎蔫苗率明显低于非转化对照，说明OsCPK6超表达转基因水稻对干旱和盐胁迫的耐性增强。3．4对转OsCPK6基因水稻进行生理分析表明，在胁迫环境下转基因水稻叶片中脯氨酸含量较非转化对照植株高，这可能是转OsCPK6基因水稻抗逆性增强的生理原因。3．5转基因水稻中OsCPK6的超表达使得胁迫诱导转录因子基因SNAC1的转录表达增强，OsCPK6可能通过SNAC1来调控其它胁迫响应基因参与水稻对干旱等逆境胁迫的响应。