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随着全球气候变化和不稳定性的增加,非生物胁迫（包括干旱、盐碱、高低温等）给水稻的种植生产带来严重影响,不仅导致水稻产量的大幅降低,也给未来的水稻生产造成了严重威胁。挖掘水稻的耐逆功能基因并了解其在非生物胁迫响应中的作用机制,对于通过分子育种培育耐逆水稻品种和增加水稻产量具有重要意义。植物的糖基转移酶家族1是一类催化次生代谢小分子发生糖基化修饰的酶,它通过将糖基转移到各种各样的次生代谢物分子上,改变分子的活性和运输等特性,从而影响生物分子的功能。在拟南芥等模式植物的研究指出这类糖基转移酶在调控植物生长发育和环境响应方面扮演着重要的角色。水稻的糖基转移酶家族1成员数量非常庞大,除了个别成员以外,绝大部分还不清楚其生物学功能。本研究主要对水稻糖基转移酶基因UGT2和UGT3在非生物胁迫响应过程中的功能进行了鉴定,并对其作用机制进行了分析。1.水稻糖基转移酶基因UGT2参与植物耐盐的机理研究根据公开获得的基因表达数据,发现水稻糖基转移酶基因UGT2可以被盐胁迫和ABA诱导上调。本文通过qRT-PCR分析,进一步证实了这一结果,暗示该基因可能参与水稻的盐胁迫响应。为了研究该基因的功能,通过CRISPR/Cas9技术构建了水稻UGT2的敲除突变体,同时也构建了 UGT2的过表达体。首先通过对UGT2转基因水稻幼苗期的耐盐性进行了分析,发现在盐胁迫条件下,过表达体的根和芽的生长明显好于野生型,而突变体的根和芽生长受到明显抑制。随后对土壤培养的水稻苗进行了耐盐实验,发现经过盐胁迫处理后,突变体株系萎蔫严重,大部分死亡,而过表达体长势良好,死亡率低。说明UGT2接因过表达可以提高植物耐盐的能力,而该基因的功能丢失导致了对盐胁迫的敏感性。本研究检测了盐胁迫处理后转基因水稻细胞中的脯氨酸和可溶性糖含量,发现过表达植物体内脯氨酸和可溶性糖含量比野生型的高,而突变体的脯氨酸和可溶性糖含量比野生型的低。同时还检测了盐胁迫处理后逆境相关基因和抗氧化酶相关基因的表达水平,也发现过表达株系中这些基因的表达水平明显高于野生型。为了进一步验证UGT2的耐盐功能,本研究还将其在拟南芥进行异源超表达,发现UGT2转基因拟南芥表现出明显增强的耐盐表型。这些结果充分证明水稻糖基转移酶基因UGT2参与植物的盐胁迫响应并且正调控耐盐作用。为了探讨UGT2基因参与盐胁迫响应的上游调控机制,对UGT2的启动子区域进行了分析,发现UGT2启动子含有ABRE元件。通过查阅文献,确定了一些可以结合ABRE元件并且正调控盐胁迫响应的候选转录因子。进一步地,通过酵母单杂交、Dual-LUC实验和ChIP实验,证明了水稻OsbZIP23转录因子可以结合到UGT2的上游启动子上,并且对UGT2基因的表达起着正调控的作用。由此明确了 UGT2基因的上游调控机制,揭示了 OsbZIP23-UGT2模块在水稻耐盐胁迫响应中的关键作用。2.水稻糖基转移酶基因UGT3参与植物耐盐耐旱的机理研究通过qRT-PCR分析发现,水稻糖基转移酶基因UGT3基因（Os02g0755900）不仅受高盐诱导,还受PEG诱导,暗示该基因不同于UGT2,可能同时参与水稻的盐胁迫和干旱胁迫响应。随后制备了 UGT3基因的水稻突变体和过表达体,对溶液培养和土壤培养的水稻同时进行了耐逆表型分析。结果发现,UGT3的过表达体获得了比野生型水稻明显增强的耐盐能力,同时过表达体还表现出增强的耐渗透胁迫和耐旱能力。当UGT3基因突变以后,突变体在一系列耐逆实验中都表现的对逆境更加敏感。将UGT3基因转入拟南芥,获得了异源表达的转基因植物。转基因拟南芥耐盐耐旱实验,均表明UGT3具有增强耐逆性的作用。由此证明,水稻UGT3基因参与盐和干旱胁迫的响应过程,能够正调控植物耐逆反应。进一步测定了水稻转基因植物在高盐和干旱胁迫下的一系列耐逆相关的生理指标。发现水稻过表达体中脯氨酸和可溶性糖的含量明显比野生型植株的高,而突变体株系比野生型株系低。同时也对水稻转基因株系进行了 NBT染色,结果表明UGT3可以增强植物清除活性氧的能力。检测胁迫条件下抗氧化酶相关基因和逆境胁迫相关基因的表达量,结果表明这些基因在过表达株系中比野生型中的表达量明显增加。对水稻转基因株系的叶片气孔开度进行了调查,发现在干旱胁迫条件下,UGT3的过表达体促进了叶片气孔关闭,而突变体则延迟了气孔关闭。经过检测体内的ABA含量,发现逆境处理后,过表达株系ABA含量高于野生型,而突变体的ABA含量低于野生型。同时,还检测了 ABA合成途径相关基因的表达水平,发现UGT3可以提高ABA合成相关基因的表达。此实验结果表明,UGT3通过增强ABA的合成,提高了水稻对逆境胁迫的抵抗能力。通过外源添加ABA,观察了水稻种子在萌发期和萌发后期生长对ABA的敏感性。结果发现当添加外源ABA时,相比于野生型,UGT3过表达株系萌发和生长更慢,而突变体萌发和生长更快。由此推测UGT3参与了 ABA的信号途径。以上结果表明,UGT3在植物体内可以通过提高ABA合成基因的表达水平,进而提高ABA的含量和逆境条件下的ABA敏感性,来增强植物的耐逆性。综上所述,UGT2和UGT3可以通过增强抗氧化酶相关基因表达水平和逆境胁迫相关基因表达水平,进而增强了植物清除活性氧的能力,增强了植物的耐逆性。