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水稻是世界上重要的粮食作物之一,水稻的高产、稳产关系到国家安全。低温等非生物胁迫是水稻等粮食作物产量损失和品质下降的重要影响因子。利用基因工程定向培育和改良水稻抗性品种可以大大缩短抗逆育种进程。发掘水稻内源性抗逆功能基因并应用于抗逆新品种的选育,是提高水稻逆境耐受力和适应性的有效途径。转录因子在植物参与逆境胁迫应答机制中扮演了极为重要的角色。转录因子及其功能的研究已逐渐成为植物抗逆遗传改良方法的研究热点。PHD-finger转录因子是一类广泛存在于真核生物中的锌指结构蛋白,其功能研究多集中在基因转录和调节染色质状态等方面,而关于其参与胁迫应答的报道较少。因此,从全基因组水平系统、全面的研究水稻PHD-finger转录因子,挖掘响应低温等非生物胁迫的相关基因,并解析其抗逆机理,对于开展水稻抗逆育种改良具有重要意义。本研究运用生物信息学方法水稻全基因组进行分析,对PHD-finger转录因子家族成员进行鉴定,系统分析了这些基因的结构特点、进化关系以及不同逆境(低温、干旱、高盐)处理下的诱导表达模式,从中筛选出了2个响应低温胁迫的基因,并对它们的启动子进行功能分析,研究其作用机制。具体研究结果如下：1.通过Blast同源搜索,从水稻全基因水平上共鉴定出58个PHD-finger转录因子,染色体物理定位结果表明这些基因在水稻11条染色体上(第10号染色体除外)的分布并不均匀,有接近1/5的成员分布在异染色质区。该家族中有6对基因属于片段复制,这对家族基因数量的扩张有一定贡献。根据保守结构域采用NJ法绘制了系统发生树,58个基因进一步被分成了6个亚族,基因结构分析表明同一亚族内的成员具有相似或相同结构。2.利用Genevestigator数据库系统,对水稻转录组数据进行分析,筛选出了9个和逆境胁迫(低温、干旱、高盐)相关的候选基因。进一步利用荧光定量PCR方法对9个候选基因的逆境诱导表达模式进行了鉴定。结果发现,有2个基因OsPHD14和OsPHD30同时对3种胁迫处理均有一定程度的响应,低温胁迫下有2个基因OsPHD13和OsPHD52表达上调显著,至少15倍；在干旱和高盐胁迫下,候选基因上调表达的都不太显著。3.分别克隆了受低温诱导基因OsPHD13和OsPHD52的上游5’端1Kb的调控序列,作为启动子驱动GUS报告基因构建表达载体,导入农杆菌后进行水稻遗传转化。化学染色结果显示,低温诱导处理后,pOsPHD13和pOsPHD52启动子驱动的GUS基因在转基因植株的根、茎、叶都有不同程度的表达活性,且在茎部的活性比其他组织部位更强,说明启动子pOsPHD13和pOsPHD52的确具有低温诱导活性。4.进一步对启动子pOsPHD13和pOsPHD52进行了功能分析,通过顺式作用元件的生物信息学预测、启动子截断缺失分析、功能获得分析及元件突变分析等研究,在烟草瞬时表达系统中,获得了启动子pOsPHD13和pOsPHD52低温诱导功能的关键序列,分别位于pOsPHD13启动子的(-856bp～-817bp)区段和pOsPHD52启动子的(-295bp～-224bp)区段。生物信息学结果提示,在这2段关键序列中,各有1个响应低温胁迫的DRE/CRT顺式作用元件。对元件进行点突变和全突变分析后发现,该元件的确在pOsPHD13和POsPHD52启动子中承担着响应低温的功能。5.CBF转录因子能特异性识别结合DRE/CRT顺式作用元件,该家族有4个成员蛋白。采用酵母单杂技术和EMSA试验,鉴定了与启动子中DRE/CRT顺式作用元件结合互作的反式作用因子。结果表明,有2个CBF蛋白能特异性结合pOsPHD13启动子中的DRE/CRT元件,即CBF1和CBF3,只有1个CBF蛋白CBF1特异性结合pOsPHD52启动子中的DRE/CRT元件。