随着全球气候变暖,高温胁迫(热害)已成为全球范围的一个严重影响植物的生长和农作物产量的主要非生物逆境因子。微阵列技术已广泛应用于系统研究植物对复杂的不利环境因子变化的响应机制。微阵列技术可高效获取组织特异性和逆境响应特异表达基因。本研究微阵列分析技术对不同时间高温胁迫下水稻减数分裂后期幼穗进行了全基因组水平表达谱分析以获取高温胁迫响应基因信息。高效逆境特异响应启动子可用于驱动耐逆相关基因的高效表达以提高植物耐逆性。本研究从已有水稻微阵列数据筛选出来6个非生物胁迫应答基因,进一步利用定量PCR分析了这6个基因的在不同的器官和非生物逆境胁迫下表达模式；对其中3个胁迫诱导基因进行了启动子元件分析和启动子驱动的GUS表达分析。主要研究结果如下：1.利用Agilent44K水稻芯片获得了不同时间高温胁迫下水稻减数分裂后期幼穗的全基因组水平表达谱。获得了1815个水稻幼穗高温胁迫下差异表达基因进行了分析和评价。2.GO分类和基因表达模式分析结果表明,水稻穗中的热响应(HR)调控基因主要涉及转录因子、蛋白质修饰和降解、植物激素响应因子、受体激酶,钙相关蛋白质等。热激响应调控相关的转录因子家族主要包括bZIP、WRKY、NAC、C2H2、 MYB、MADS、bHLH和AP2/ERF家族。在高温胁迫下这些家族的基因大部分受到了不同程度的上调。3.基因表达谱分析表明：在高温胁迫下水稻幼穗中活性氧(ROS)系统相关基因的复杂的变化有助于保持ROS的平衡。高温胁迫促进了泛素蛋白酶体系统(UPS)基因表达。一些泛素-蛋白连接酶E3家族基因在高温胁迫下得到不同程度的上调,表明在幼穗高温响应和胁迫应对中发挥重要作用。4.水稻穗热响应的代谢相关的基因主要涉及细胞壁的形成和脂质代谢,特别是次生代谢途径。大多数代谢相关基因在高温胁迫下被一定程度下调,这种代谢抑制的将有助于植物应对逆境条件。5.从逆境胁迫下水稻微阵列分析数据中筛选除了6个显著高温诱导表达基因。采用定量PCR方法对这6个基因在不同组织器官和高温、盐胁迫聚乙二醇(PEG)和低温胁迫以及和脱落酸(ABA)处理下的表达特征进行了分析。6个基因的表达都受高温显著诱导,对盐胁迫PEG和ABA有一定程度响应,但对低温胁迫几乎不响应。在正常生长条件下6个基因在不同组织器官均有不同程度表达。6.利用PlantCARE and PLACE在线软件对3个高温诱导基因的启动子(OsHsfB2c,PM19p和HSP90p)进行了启动子元件分析,发现3个启动子都存在一些逆境响应相关元件,如G-box, GC-motif, HSE and ABRE。利用这3个启动子驱动GUS报告基因在转基因水稻中表达,进行了高温和干旱胁迫下转基因水稻幼穗和叶片中的GUS基因表达、组织化学染色和GUS酶活性分析。在高温胁迫下3个启动子的转基因水稻叶片和幼穗中都表现出很高的GUS活性,以OsHsfB2c和MP19p的幼穗在高温下的活性更高。实验结果表明OsHsfB2c和PM19启动子具有显著高温诱导特性,对其启动子的顺式元件的进一步鉴定和改造有可能获得在植物基因工程应用中具有重要价值的高温诱导型启动子。