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血红素加氧酶(heme oxygenase, HO, EC 1.14.99.3)催化降解血红素(heme),生成胆绿素(biliverdin, BV )、一氧化碳(carbon monoxide, CO)和亚铁离子(ferrous iron, Fe2+)。动物中大量研究表明,HO具有抗炎症、抗氧化、抗凋亡、调节微循环等生物活性,在许多生理和病理过程中起到重要的调节作用。近年来的研究发现,植物体HO除了参与合成光敏色素发色团所必需及响应光周期变化外,还具有诸如参与气孔关闭进程、诱导侧根和不定根发生、缓解胁迫导致的氧化伤害等功能。本研究以水稻(Oryza sativa L.)为材料,根据先前报道的SE5基因(血红素加氧酶1,OsHOl)序列,通过设计引物,克隆了SE5基因的CDS区序列,其开放阅读框长为870 bp,编码289个氨基酸残基的多肽。多序列比对结果表明,OsHOl含有结合heme的His位点,且具有血红素加氧酶1的保守特征序列,并与植物其他HO1蛋白一样,具有高度的保守性；通过预测其蛋白序列的信号肽切割位点,通过构建水稻成熟HO蛋白基因的原核表达载体,在大肠杆菌中成功表达了融合6×His的成熟HOI (His-mOsHOl)蛋白,经金属离子亲和纯化,得到纯度较高的融合蛋白。通过酶活性测定,发现其具有催化heme降解并产生BV的特征峰；通过进一步对其生化特性的研究表明：His-mOsHOl酶反应动力学参数Vmax为63.3 nmol BV IXa h-1 mg-1 protein; Km值为2.9μM hemin;最适pH值为7.0；最适温度在一定范围(10-45℃)内呈递增的趋势。此外,通过构建融合了OsHOl导肽基因序列的绿色荧光蛋白(GFP)基因载体,并用农杆菌介导烟草叶片表皮的瞬时表达,结果表明OsHOl至少定位在叶绿体中。将纯化得到的His-mOsHOl制备抗体,并通过实验验证抗体的特异性。同时,结合RT-PCR,研究了SE5基因在水稻不同部位的组织分布特性。结果表明：OsHOl基因在水稻茎、叶子和萌发的种子中的表达量要明显高于根和胚芽；Western blot的结果证实,OsHOl蛋白的表达呈现出与RT-PCR相一致的结果。采用非生物胁迫(NaCl和PEG)处理水稻幼苗后发现,OsHOl基因的表达可以受胁迫诱导,并随处理时间呈现出一定的递增趋势,且处理后根和叶片的诱导具有一定的相似性。这些结果暗示,SE5基因可能是受胁迫诱导的基因,并可能在胁迫中起到一定的作用。构建SE5基因的RNAi及过表达载体,利用农杆菌介导的水稻愈伤转化及拟南芥花序侵染,分别筛选得到了过表达SE5基因的转基因水稻和拟南芥,并通过PCR验证阳性转基因植株。初步的生理学试验表明,过表达SE5基因的转基因拟南芥可以缓解百草枯处理引起的种子萌发抑制及氧化伤害。利用HO催化底物血红素的基团取代物hemin和hematin(氯化血红素和羟铁血红素)预处理或者共处理盐胁迫下小麦和水稻种子,发现两者均可以不同程度地缓解盐胁迫导致的种子萌发抑制(包括发芽率、发芽势和发芽指数)。进一步的研究发现,hemin和hematin缓解盐胁迫下种子萌发的抑制可能与其提高种子中淀粉酶活性、还原糖和可溶性总糖、相关抗氧化酶转录本及活性有关；当采用CO清除剂Hb，HO酶活性抑制剂ZnPP时,hemin和hematin的缓解效应则被不同程度地逆转,暗示hemin和hematin可能通过诱导HO催化产生的CO起作用；此外,一氧化氮(nitric oxide, NO)清除剂亚甲基蓝(methylene blue, MB)处理,可逆转hemin和hematin的上述生物学效应,hemin可以促进植物体NO的释放。总之,hemin和hematin可以缓解盐胁迫引起的种子萌发抑制,并可能与NO有关。