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水稻是喜温作物，近年来由于气候多变，导致水稻在生长阶段遭遇不同程度的低温或高温胁迫，严重影响了水稻的产量和品质。传统育种方法选育抗低温和耐高温的水稻品种受到诸多因素的限制。植物耐受温度胁迫的分子机制研究和基因工程技术为提高品种对极端温度的耐受性提供了新途径。启动子是植物基因工程必不可少的元件。当前规模化推广的转基因作物利用的启动子基本上是属于持续表达的组成型启动子，导致一些基因无节制的大量表达和积累，影响了植物的生长。温度诱导启动子只在受到相应温度逆境信号时，才会驱动下游基因的表达，因此可以降低外源基因对转基因作物正常生长和最终产量和品质的负效影响。目前能应用于转基因研究的温度诱导启动子仍然很少，对于新的温度诱导启动子的发现、顺式作用元件以及与顺式元件相互作用的转录因子的研究仍然是研究的重点。将功能明确的温度诱导启动子成功应用到转基因植物中调控抗逆基因的表达，是植物抗逆基因工程的研究方向之一。 基于本实验室前期工作和基因芯片数据分析，一共筛选出15个水稻温度响应基因。为研究他们在转录水平上的作用机理，本研究克隆了这些基因的启动子，并从中筛选出一个受低温诱导表达和一个受高温诱导表达启动子。通过截断分析、功能获得性分析和突变分析分别鉴定了这两个启动子中响应温度胁迫的核心区域和作用元件。通过体内酵母单杂和体外EMSA实验，鉴定出与顺式作用元件结合的转录因子。具体结果如下: (1)一共克隆了15个水稻温度响应基因的启动子，构建了启动子与GUS报告基因的融合表达载体，获得转基因水稻植株。通过对转基因植株的根、茎、叶、花和种子等组织的GUS化学染色，筛选得到2个叶枕特异、1个胚特异、1个胚乳特异、1个组成型启动子，1个低温诱导启动子和1个高温诱导启动子。(2)对低温启动子进行功能分析。该低温诱导启动子引导的基因（Ureidoglycolateamidohydrolase，UAH, LOC_Os12g40550）编码产物为脲基乙酸氨基水解酶，是嘌呤代谢中最后一步的关键酶。qRT-PCR分析得出该基因主要受到低温的诱导表达。通过GUS定性和定量分析，发现该基因的启动子(POsUAH)专一的受低温诱导表达。诱导后POsUAH能驱动GUS基因在转基因植株的幼苗、成苗的根、茎和叶组织中不同程度的表达。且POsUAH在4℃～15℃的低温范围内都具有诱导活性。对该启动子进行截断分析、功能获得性分析和突变分析，发现该启动子的-522～-420 bp之间的102 bp是POsUAH响应低温诱导的最小区域，且POsUAH上唯一的一个CRT/DRE(CCGAC)元件是关键的作用元件。 (3)对POsUAH的作用机理做了探讨。CRT/DRE和CBF转录因子相互作用，参与ABA非依赖的低温响应途径。水稻DREB家族中一共有5个成员受低温诱导。分别克隆了这5个基因并构建了相应的效应载体。在酵母单杂体系中发现POsUAH能特异结合OsCBF3，体外的EMSA实验也验证了这一结果。在转基因水稻体内激活实验中，POsUAH能被过量表达的OsCBF3转录因子专一的转录激活，驱动的GUS表达量是对照的11.74倍。通过对OsCBF3结合的DNA的碱基偏好性分析得出，OsCBF3对GCCGAC的结合明显强于ACCGAC。 (4)对高温诱导启动子进行了功能分析。该高温诱导启动子引导的基因产物是顺乌头酸酶（OsACO1），参与三羧酸循环。qRT-PCR分析得出该基因受到长时间的高温诱导表达。其启动子（POsACO1）受高温(37℃)诱导后不仅能驱动GUS基因在转基因水稻的幼苗、根、叶和花组织中表达，而且在烟草瞬时表达系统中同样具有高温诱导活性，其诱导后的活性与35S相当。利用烟草瞬时表达体系，对POsACO1的9个截断载体，11个突变载体的高温诱导活性分析，得出POsACO1响应高温的元件是位于-1128 bp的W-box元件(TTGAC)。体外EMSA证明，水稻中确实存在着某种蛋白，受高温诱导后大量表达，与POsACO1上的W-box结合。 本论文发现了一个低温诱导启动子和一个高温诱导启动子，并对其功能和作用机理进行了探讨，这有助于了解水稻的抗冷和耐热机制，以及对这两个基因的作用机理的理解。同时，这两个启动子引导的基因是氮源、碳源和能量代谢相关的基因，因此，对这两个启动子作用机理的研究，也有助于了解逆境胁迫下水稻能量和代谢重新平衡的机理。最后本论文的研究可以为这两个启动子应用于基因工程改良作物提供可能性。