本文分为两个章节进行探讨：　　第一章 水稻抽穗期相关基因OsELF3-1的功能研究　　水稻是人类赖以生存的粮食作物之一，水稻开花（抽穗期）对于水稻的生殖发育是极为重要，影响水稻品种布局、引种以及品种的适应性和产量，是重要的农艺性状。植物生育期调控是一个复杂的过程，涉及许多基因。ELF3基因是拟南芥昼夜节律钟的正向调节因子，在光感受器和中心振荡器之间起作用，并维持生理节律系的生存能力以便获得正确的振幅和周期。该基因的突变使得对光周期敏感性和节律调控作用丧失，在长日和短日条件下均表现为早花。我们通过对一个T-DNA插入造成的生育期延迟突变体的研究，发现这个突变源于水稻第6染色体与拟南芥ELF3基因同源的OsELF3-1基因功能丧失。本研究拟从遗传本质上阐述OsELF3-1的功能及调控机理，这有助于进一步研究OsELF3-1基因在水稻抽穗期调控中扮演的角色，探究其在水稻控制开花调控中形成的复杂网络，完善水稻光周期开花的机理。主要研究结果如下:　　1、在数据库The Rice Genome Annotation Database Release6.0(http://rice.plantbiology.msu.edu)中通过序列比对发现拟南芥ELF3在水稻中有两个同源，在氨基酸序列上与ELF3分别具有35％和30％的一致性。系统进化树分析结果显示，在所分析的物种中，大部分基因组都具有两个同源基因。推测这两个同源基因可能是植物基因组复制引起的，并且分别在植物的基因组进化中起重要作用。　　2、对野生型日本晴长日照和短日照24h的OsELF3-1基因的表达水平与OsELF3-1RNAi材料进行了对比，发现干涉材料中OsELF3-1的表达被沉默。OsELF3-1RNAiT2代阳性植株与日本晴相比，生育期均比相应受体延迟，进一步确认OsELF3-1与水稻生育期相关。　　3、OsELF3-1的组织表达模式为组成型表达，叶片和叶鞘的表达量最高，且OsELF3-1的表达具有昼夜节律性，在黑暗后开始积累，黎明达到最高峰，光照之后开始降低。　　4、OsELF3-1参与调控水稻的生物节律系统，通过正调控OsLHY的表达和负调控OsPRR1，OsP RR37，OsPRR73和OsPRR95的表达影响水稻生物钟系统，且突变体中OsLHY和OsPRRs在连续黑暗自由振荡下的节律未受影响，表明OsELF3-1对于光信号输入到中央振荡器是必须的。　　5、OsELF3-1参与调控水稻光周期途径，在短日照条件下OsELF3-1直接激活开花的正调控因子Ehd1，Hd3a的表达诱导开花;在长日照条件下，OsELF3-1抑制开花的负调控因子Ghd7的表达，从而促进水稻在长日照条件下的开花。　　6、OsELF3-1对于Ehd1的表达很重要，OsELF3-1在短日照的黎明诱导Ehd1的表达。OsELF3-1参与蓝光激活Ehd1的表达来促进水稻短日照下的开花。　　第二章 Osa-miR393a在多年生草坪草的应用　　草坪作为世界景观生态系统的基本组成部分，是宝贵的自然资源。草坪深入人类的生产和生活，对人类赖以生存的环境起着美化、保护和改善的良好作用。环境胁迫严重影响草坪草的品质和造成全球经济损失。因此，提高草坪草对非生物胁迫的抗性将节约水资源使用和草坪管理的花费，对环境和草坪草产业有利。植物中microRNAs在转录后水平调控基因表达，广泛参与调控植物生长发育、信号转导和逆境应答等过程。其中miR393家族作为植物中首次鉴定且保守的miRNA家族。水稻中miR393被两个位点Osa-miR393a和Osa-miR393b编码，OsmiR393能够靶向水稻生长素受体基因OsTIR1和OsAFB2，并且过表达OsmiR393导致分蘖数的增加和早花表型，对盐胁迫和生长素的响应起重要作用。但有关miR393在多年生单子叶植物种类中的研究还没有报道。本研究将在多年生草坪草匍匐翦股颖中过表达来源于水稻的microRNA393a(Osa-miR393a)，探讨miR393在多年生草坪草生长发育和逆境胁迫中所发挥的作用及机制，以及提供优质多抗的草坪草品种资源。取得的主要研究结果如下:　　1、根据Gramene上的Osa-miR393a基因cDNA序列设计引物，进行PCR反应，扩增了约623bp大小的Osa-miR393a基因片段。将其连接到植物表达载体pZH01上，得到Osa-miR393a过表达载体pZH01-Osa-miR393a，受CaMV35S启动子调控，选择标记为潮霉素基因(Hyg)。　　2、将构建好的Osa-miR393a过表达载体pZH01-Osa-miR393a利用农杆菌介导的方法导入多年生草坪草匍匐翦股颖的胚性愈伤组织中，经组织培养，抗性筛选分化，获得再生植株。利用PCR扩增Hpt基因和定量PCR对转基因株系进行鉴定，成功获得了5个阳性转基因株系。　　3、与野生型相比，Osa-miR393a转基因植株分蘖数减少，分蘖的长度增加，但生物量变化差异不显著。推测Osa-miR393a转基因植株分蘖长度的增加可能弥补减少分蘖的生物量。相反，Osa-miR393a转基因植株根系的生物量比野生型显著减少。另外，Osa-miR393a转基因植株与野生型相比，叶片变宽，茎秆变粗。显微切片观察显示这可能与其茎、叶维管束数目的增加有关。　　4、过表达miR393能增强匍匐翦股颖的抗盐性，与Osa-miR393a转基因植株在盐害时能更好地维持细胞膜完整性，具有增强蓄水的能力和提高光合作用有关。盐胁迫之前，野生型和Osa-miR393a转基因植株根部和地上部分Na+含量无差异，盐胁迫之后Osa-miR393a转基因植株地上部分Na+含量明显高于野生型，根部含量无差异。随着盐胁迫的进行，转基因植株和野生型地上部分和根部K+的含量均下降。但盐胁迫前后Osa-miR393a转基因植株地上部分和根部K+的含量均显著高于野生型。　　5、热处理后，野生型植株叶片大部分枯萎发黄，而转基因植株仅受到很小的伤害，基本保持绿色的状态，转基因生物量下降率低于野生型，表明Osa-miR393a转基因植株具有抵抗热胁迫的能力。这与Osa-miR393a转基因植株在热害时能更好地维持细胞膜完整性，增强蓄水能力，提高光合作用和诱导某些特定的叶绿体小分子热激蛋白表达有关。　　6、将野生型和Osa-miR393a转基因植株停止浇水15天后，野生型开始出现萎焉失水症状，而Osa-miR393a转基因植株仍然健壮未受到伤害。停止浇水20天后，野生型出现严重的组织受损，而转基因仍然保持绿色。Osa-miR393a转基因植株其水分丢失与干旱引起的细胞膜损伤均没有野生型严重。限制性供水处理使野生型的生长被完全抑制，茎、叶变短。而转基因受到的影响较小，能继续生长。虽然野生型的分蘖数仍高于转基因，但其地上部分的生物量显著减少，根的生物量无显著差异。另外，叶表皮观察显示过表达Osa-miR393a增强匍匐翦股颖抗旱性可能与降低叶片表皮气孔密度和表皮结构致密有关。　　7、根据水稻中Os TIR1和OsAFB2的序列，根据RNA-seq数据比对找到了匍匐剪股颖中的AsTIR1和AsAFB2，其靶基因位点能与miR393高度互补。在三个Osa-miR393a转基因植株中，靶基因AsTIR1和AsAFB2的表达量均有不同程度的下调。并且该靶基因均响应对盐、热和干旱等非生物胁迫的处理，这可能与增强转基因植株对非生物胁迫的抗性有关。此外，Osa-miR393a转基因植株中的非生物胁迫相关基因AsNAC60和AsDREB2B其表达量急剧下调，表明miR393间接调控AsNAC60和AsDREB2B的表达。　　综上所述，多年生草坪草匍匐翦股颖中过表达Osa-miR393a影响植株的生长发育，增强了对盐、热和干旱等非生物胁迫的抗性。转基因植株中miR393参与的抑制靶基因的表达改变了许多生物学进程。因此，调控miR393靶基因的表达为基因工程作物增强环境胁迫的抗性提供了一个新的分子策略。