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干旱胁迫和盐胁迫是影响植物生长发育,限制世界作物产量的主要因素。为了抵抗外界环境的影响,植物进化出了一系列响应胁迫的生理机制和分子机制。谷子是原产于我国的重要粮食作物,具有营养均衡、抗旱节水性突出等特点,加之谷子生长周期短、基因组小等,使其在研究植物响应逆境胁迫的分子生物学领域具有其他作物不具有的优势。随着谷子遗传图谱的绘制、全基因组测序的完成以及遗传转化体系的建立,谷子分子生物学的研究得到了进一步地推动。ASR(Abscisic acid-,stress,and ripening-induced)蛋白是一类广泛存在于高等植物中的蛋白质,参与植物抗逆、衰老、果实成熟及花粉发育等过程。在本研究中,对谷子中的ASR基因进行鉴定,发现谷子中共有8个编码ASR蛋白的基因。表达模式分析发现,这些基因都能被干旱、高盐和ABA诱导表达,其中SiASR4受诱导的程度相对较高,且编码赖氨酸含量高达18.66%,故选择SiASR4进行深入研究。Quantitative real-time PCR(qRT-PCR)结果显示SiASR4在谷子根、茎、叶和成熟种子中都有表达,并且在成熟种子和根中的表达量较高。谷子原生质体和烟草表皮细胞的亚细胞定位显示SiASR4定位于细胞膜、细胞质和细胞核中。酵母以及烟草中的转录激活实验证明SiASR4不具有转录激活活性。在拟南芥中异源表达SiASR4能够提高转基因植株对干旱和盐胁迫的耐受能力,在ABA以及H202处理下,转基因植株气孔关闭程度大于野生型,推测SiASR4通过气孔调节来响应植物干旱胁迫反应。在干旱和盐胁迫下,转基因拟南芥体内ROS积累降低。此外,异源表达SiASR4玉米在幼苗期对盐胁迫和干旱胁迫耐受能力明显增强。为了研究SiASR4在谷子中的功能,用农杆菌侵染法获得了转超表达载体(SiASR4-OE)和转RNAi干扰载体(SiASR4-RNAi)的转基因谷子。超表达谷子在萌发期和幼苗期均表现出对干旱和盐胁迫的耐受性,盐胁迫下体内ROS积累显著降低,而SiASR4干扰株系对胁迫耐受性与野生型比没有明显差异。在转基因拟南芥以及超表达谷子中,胁迫响应相关基因因SOS1、LTP、C4AT和SOD等表达量升高,说明在过表达植株中SiASR4可能通过激活胁迫响应相关基因的表达来提高植物逆境耐受能力。通过酵母单杂交以及EMSA实验证明谷子DREB类转录因子SiARDP在体内和体外都能够直接与SiASR4启动子区的DRE元件结合。在SiARDP超表达谷子中,SiASR4的表达量显著升高。前人研究发现超表达SiARDP能够增强转基因谷子对干旱胁迫的耐受力,对盐胁迫的耐受能力没有增强。说明在干旱胁迫环境下SiASR4受SiARDP的调控,而在盐胁迫下SiASR4可能受其他转录因子的调控。此外,本研究还克隆了SiASR4的同源基因SiASR3和SiASR9,在烟草表皮细胞中的定位显示SSASR3和SiASR9定位于细胞膜、细胞质和细胞核中,其在酵母中不具有转录激活活性。异源表达SiASR3和SiASR9拟南芥的抗旱和耐盐能力增强。SiASR3和SiASR9的活性受翻译后调控。综上所述,SiASR4在植物抵抗十早和盐胁迫中发挥着重要作用,其表达受DREB类转录因子SiARDP调控,通过ABA信号通路参与植物对非生物胁迫的响应过程中。