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同源异型结构域亮氨酸拉链蛋白（Homeodomain leucine zipper,HD-Zip）作为植物中一类特有的转录因子,在植物的生长和发育中行使着广泛的功能,参与胚胎发生、维管系统发育、非生物胁迫应答和激素应答等过程,HD-Zip蛋白通常以同源或异源二聚体的形式发挥功能,并且HD-Zip蛋白之间可能存在功能冗余。HD-Zip蛋白包括2个保守的结构域:同源异型结构域（Homeodomain,HD）和亮氨酸拉链结构域（Leucine zipper,LZ）。HD-Zip蛋白分为4个亚家族:HD-ZipⅠ、HD-ZipⅡ、HD-ZipⅢ和HD-ZipⅣ。HD-ZipⅡ家族基因的缺失通常不会出现明显的生殖发育缺陷,但会影响植株对激素的应答,表明HD-ZipⅡ家族基因在激素应答过程中发挥重要作用。植物激素是植物体内存在的一类调控植物生长的小分子有机化合物,经典的植物激素主要有五大类,即生长素（Auxin）、赤霉素（Gibberellin）、细胞分裂素（Cytokinin）、脱落酸（Abscisic acid）和乙烯（Ethylene）。随着研究的不断深入,近年发现的植物激素还有油菜素甾醇（Brassinosteroid）（第六大激素）、水杨酸类和茉莉酸类等。植物激素生理效应非常复杂和多样,参与植物种子萌发、生根、开花、结实、休眠和脱落等过程。植物体内的各种激素通过不同的的调节网络来行使功能,这些网络之间复杂而微妙的关系对植物生长发育起着重要的调节作用,但这些调节网络的作用机制还存在许多未知环节。本研究以水稻HD-ZipⅡ家族HOX3基因T-DNA插入突变体为材料,利用进化树分析、氨基酸序列比对、半定量及定量PCR、亚细胞定位、蛋白转录活性分析、酵母单杂交实验及双分子荧光互补实验等生物信息学、细胞生物学、遗传学和分子生物学等研究手段,对HOX3基因在赤霉素和脱落酸应答过程中的功能以及HOX3蛋白与HD-ZipⅡ家族蛋白的互作关系进行了研究。获得了以下研究结果:1.通过氨基酸序列比对和系统进化分析,发现HOX3同源蛋白广泛存在于双子叶植物（拟南芥、黄瓜、大豆、雷蒙德氏棉、烟草、毛果杨、番茄、马铃薯和葡萄）和单子叶植物（油棕、短花药野生稻、高梁、小麦和玉米）中,而在低等植物（藻类和地衣）中未发现它的存在,而且HOX3同源蛋白保守性较高,具有保守的HD结构域和LZ结构域,暗示着不同物种中的HOX3同源蛋白可能具有类似的功能。对水稻HD-ZipⅡ家族蛋白进化树分析及多序列比对,发现水稻HD-ZipⅡ家族蛋白同源性较高,暗示着HD-ZipⅡ家族内可能存在功能冗余。通过BAR数据库（http://bar.utoronto.ca/efprice/cgi-bin/efp Web.cgi）和定量PCR分析,发现HOX3基因在P1时期的花穗和茎顶端分生组织中表达量相对较高。2.利用赤霉素和脱落酸处理水稻愈伤组织的基因芯片数据（GSE661）,发现2个HD-ZipⅡ家族基因（HOX7和HOX11）受到赤霉素的处理表达下调,9个HD-ZipⅡ家族基因（HOX1、HOX2、HOX3、HOX15、HOX17、HOX18、HOX26、HOX27和HOX28）受到赤霉素的处理表达上调;3个HD-ZipⅡ家族基因（HOX1、HOX7、HOX27）受到脱落酸的处理表达下调,9个HD-ZipⅡ家族基因（HOX2、HOX3、HOX11、HOX15、HOX17、HOX18、HOX19和HOX28）受到脱落酸的处理表达上调,表明大多数HD-ZipⅡ家族基因参与赤霉素和脱落酸应答过程。利用赤霉素、生长素、茉莉酸甲酯、α-萘乙酸、2-4-二氯苯氧乙酸、6-苄基腺嘌呤和脱落酸分别处理萌发7天的水稻野生型幼苗,通过定量PCR检测HOX3基因表达水平的变化,发现经赤霉素、茉莉酸甲酯、α-萘乙酸和脱落酸处理的幼苗中HOX3基因表达量明显上调,表明HOX3基因可能参与这些激素的应答。3.通过亚细胞定位实验,发现HOX3蛋白定位于细胞核,并通过一系列HOX3缺失结构域亚细胞定位实验,发现HOX3蛋白的核定位信号位于HD结构域,表明HD结构域为核定位信号。通过蛋白转录活性分析,发现HOX3蛋白没有转录激活活性,表明HOX3蛋白可能作为一个转录抑制因子发挥功能。通过酵母单杂交实验,发现HOX3蛋白在体外可以与假回文序列CAAT（G/C）ATTG结合,为寻找HOX3蛋白调控的下游基因提供线索。4.通过韩国突变体库RISD-DB（Rice T-DNA Insertion Sequence Database）获得一个HOX3基因T-DNA插入的功能缺失突变体并命名为hox3。利用半定量PCR对hox3突变体中HOX3基因的RNA水平进行鉴定,发现HOX3基因的表达量与野生型相比被完全沉默。对突变体的表型进行观察分析,发现hox3突变体在营养生长和生殖生长过程与野生型相比都没有明显差异,暗示着HOX3基因可能与某些基因存在功能冗余。前人研究发现HD-ZipⅡ家族基因存在功能冗余,因此,利用双分子荧光互补（Bimolecular fluorescence complementation,Bi FC）对HOX3与HD-ZipⅡ家族蛋白及HD-ZipⅡ家族蛋白自身互作关系进行研究,发现HOX3可以与HOX1/2/7/15/18形成异源二聚体,HOX1/2/3/7/15/18可以形成同源二聚体。这些结果表明HOX3蛋白可能与HOX1/2/7/15/18蛋白存在功能冗余。为了进一步研究HOX3基因在赤霉素的脱落酸应答过程中的功能,在含有赤霉素的1/2 MS培养基上萌发突变体和野生型种子,结果发现萌发生长7天的hox3突变体和野生型幼苗地上部分均明显伸长,突变体对赤霉素更加敏感,比野生型伸长更为明显,表明HOX3基因可能参与赤霉素的应答,缺失HOX3基因会增加赤霉素对幼苗促进生长的作用。在含有脱落酸的1/2 MS培养基上萌发突变体和野生型种子,结果发现萌发7天的hox3突变体和野生型幼苗生长受到明显抑制,脱落酸对野生型抑制效果更加明显,表明HOX3基因可能参与脱落酸的应答,而缺失HOX3基因会降低脱落酸对幼苗抑制生长的作用。5.利用强启动子UBIQUITIN驱动水稻HOX3的表达,发现在HOX3过表达转基因T1代株系中,HOX3-OX-1-3和HOX3-OX-3-2中HOX3的表达量明显升高,在营养生长和生殖生长过程与野生型相比均没有明显差异,可能是由于HD-ZipⅡ家族内存在自我调控网络,HOX3过表达不会导致生长发育的缺陷。