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水稻是世界上最重要的粮食作物之一,水稻根系发育状况对于产量的提高具有举足轻重的作用。水稻根系长期暴露在各种生物和非生物逆境胁迫中,严重的逆境胁迫影响水稻根系发育,最终影响产量。因此,探究水稻根系发育的分子机制,通过基因工程技术改善水稻根系结构,进而提高对逆境胁迫的适应能力是提高水稻产量的一个重要途径。MADS-box是一类在植物中广泛存在的转录因子家族,以调控植物花器官发育被大家所熟知,但在植物根系发育以及逆境响应方面的研究还比较少。本文主要围绕水稻MADS-box转录因子OsMADS25通过生长素信号途径调控水稻根系发育、通过ABA依赖的信号途径和ROS清除途径提高水稻对氧化胁迫和盐胁迫耐受性的分子机制开展研究。研究结果如下:（1）分析了OsMADS25在水稻各组织器官中的时空表达模式以及对植物激素和非生物胁迫处理的响应情况。OsMADS25在水稻各个发育阶段均有表达且主要表达在水稻根部。OsMADS25受生长素IAA诱导上调表达,被脱落酸ABA抑制下调表达,OsMADS25也受外部环境信号如:NaCl、甘露醇、聚乙二醇等诱导上调表达。（2）通过构建OsMADS25的超表达水稻株系OsMADS25-OE及干扰抑制表达水稻株系OsMADS25-RNAi,分析了OsMADS25在水稻根系生长发育中的功能。与野生型相比,OsMADS25-OE的主根长度、不定根长度、侧根数量以及侧根密度均显著增加,而OsMADS25-RNAi则相反,表现出根系生长发育缺陷的表型。在完全无氮营养的条件下,OsMADS25-OE根系生长发育同样优于野生型,而OsMADS25-RNAi,表现出了较差的缺氮适应性。OsMADS25对水稻根系生长发育的调控持续到水稻的生长后期,根室法研究结果表明OsMADS25-OE株系在土壤中具有更发达的根系分支,而OsMADS25-RNAi的根系分支较差。（3）生长素能够恢复OsMADS25-RNAi的根系生长发育的缺陷。一方面,OsMADS25通过调控生长素的生物合成、极性运输和降解等过程影响水稻根系内生长素含量的变化。与野生型相比,OsMADS25-OE根系中生长素含量显著提高,生长素极性运输（PAT）显著增强,而OsMADS25-RNAi株系的生长素含量和PAT显著降低。另一方面,OsMADS25通过结合生长素信号的转录抑制子OsIAA14启动子序列,直接调控生长素信号通路。OsIAA14在OsMADS25-RNAi株系中上调表达,而在OsMADS25-OE株系中下调表达。（4）水稻植株中OsMADS25的表达水平影响体内ROS的累积。与野生型水稻相比,OsMADS25超表达能显著降低水稻体内ROS的水平,包括水稻幼苗的根部、地上部、成熟期叶片以及苞片等,而OsMADS25的表达抑制则会导致水稻体内ROS的积累增加。OsMADS25-RNAi的主根伸长被抑制与根尖内的ROS水平密切相关,OsMADS25-RNAi根尖中ROS的过度积累抑制主根细胞的伸长,从而抑制主根的生长。（5）超表达OsMADS25提高水稻对H2O2的耐受性,同时提高包括谷胱甘肽硫转移酶在内的一系列ROS清除酶基因的表达水平。深入研究发现,OsMADS25通过结合谷胱甘肽硫转移酶基因OsGST4启动子序列直接激活该基因的表达。与野生型相比,OsMADS25-OE根系中谷胱甘肽硫转移酶的活性显著提高,而OsMADS25-RNAi根系中该酶活性显著下降。另一方面,osgst4功能缺失性突变体内ROS含量显著增加,osgst4的生长发育受阻,对盐胁迫和氧化胁迫的敏感性也显著增强。同时,OsGST4重组蛋白体外具有清除ROS的能力。（6）OsMADS25可以提高水稻的耐盐性。在以谷氨酰胺为氮源的培养基中,野生型和OsMADS25转基因水稻之间的根系生长发育没有明显差异;当在含有谷氨酰胺的培养基中加入NaCl时,OsMADS25-OE的根系表现出对盐胁迫的耐受性,而OsMADS25-RNAi的根系对盐胁迫更敏感。在以硝酸盐为氮源的培养基中生长,得到同样的研究结果。此外,在盐胁迫的条件下,OsMADS25-OE的种子发芽率也显著高于野生型。（7）OsMADS25通过依赖于ABA的信号途径和ROS清除途径提高水稻的耐盐性和氧化胁迫耐受性。与野生型水稻相比,超表达OsMADS25提高了水稻对外源ABA的敏感性,抑制OsMADS25的表达则可以降低水稻对外源ABA的敏感性。ABA处理后,依赖于ABA的胁迫响应基因的转录水平显著上升。ABA处理可以促进OsMADS25-OE株系的叶片气孔关闭。此外,ABA处理还影响OsMADS25转基因水稻根系ROS水平的积累。（8）在土壤中加入盐溶液后,OsMADS25-OE株系的耐盐性也显著增强,其体内的叶绿素含量、脯氨酸含量、可溶性糖均显著高于野生型,OsMADS25-RNAi株系具有相反的结果。在盐胁迫的条件下,反映细胞受损程度的标志物丙二醛在OsMADS25-RNAi株系中的含量显著高于野生型。进一步研究表明OsMADS25通过结合吡咯啉-5-羧酸还原酶OsP5CR的启动子序列直接激活该基因的转录,该基因编码水稻脯氨酸合成途径中的一个关键酶。