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随着城市化和工业化的不断发展,近年来已有大量农田遭受重金属镉（Cadmium,Cd）的污染,不仅严重损害作物生长,也威胁到生态环境、食品安全、人体健康和绿色农业的可持续发展。因此如何降低稻米中的Cd含量以实现食用安全的研究迫在眉睫。课题组前期研究发现miR166在水稻对重金属Cd积累和耐受性中起重要作用,且miR166靶基因是一个同源异型域-亮氨酸拉链蛋白（Homeodomain-leucine Zipper Protein,HD-Zip）第Ⅲ家族成员OsHB4。HD-Zip是高等植物中特有的一类转录因子,不仅参与调控植物的发育进程,还对多种环境胁迫（重金属、干旱、盐、冷害等）产生应答。因此,本文以OsHB4过表达转基因水稻、OsHB4 RNAi转基因水稻及野生型水稻中花11（ZH11）为材料,研究了OsHB4在水稻Cd胁迫耐性及积累中的功能。主要研究结果如下:1.miR166的靶基因OsHB4的生物信息学预测及表达分析利用psRNATarget在线软件预测Cd胁迫相关miR166的部分靶基因为HD-ZipⅢ转录因子成员。根据水稻中33个HD-Zip基因构建系统进化树,由系统进化树看出水稻HD-Zip转录因子分为四个亚类:HD-Zip I、II、III和IV。选取预测得分最高的HD-ZipⅢ家族基因OsHB1、OsHB2、OsHB3、OsHB4进行qRT-PCR检测,发现与对照植株ZH11相比,miR166过表达转基因植株中OsHB4表达量较低,而其它三个同源基因表达量均无显著差异。证明miR166的靶基因是一类HD-ZipⅢ转录因子（OsHB4）,且miR166负调控靶基因OsHB4。2.OsHB4的时序表达特征和亚细胞定位分析利用qRT-PCR方法对未经过Cd处理的ZH11水稻中OsHB4的时序表达进行检测,发现在苗期、分蘖期,OsHB4主要在叶片中表达;穗分化期,OsHB4主要在茎和剑叶中表达;抽穗期,OsHB4主要在根中表达且含量明显高于其他时期;OsHB4在抽穗期、灌浆期及成熟期时在节中的表达量显著高于其他时期。在根中,Cd处理1-6 h miR166表达量下降,6-12 h表达量上升且12 h达到最高,而OsHB4的表达量则相反;在叶中,miR166的表达量呈下降趋势,而OsHB4的表达量上升。miR166和OsHB4的表达呈现相反的趋势,表明OsHB4的表达受到miR166的负调控。将OsHB4基因与GFP构建融合基因表达载体并在水稻原生质体中进行瞬时表达,在激光共聚焦显微镜下观察发现OsHB4蛋白定位于水稻细胞的细胞核。3.OsHB4过表达以及RNAi转基因水稻在Cd胁迫下的表型与生理指标分析将OsHB4过表达和RNAi转基因水稻水培至8周,用2μM CdCl2处理14 d后观察表型。与ZH11相比,OsHB4过表达转基因水稻长势较差,枯黄叶片更多,叶绿素破坏程度较大;而RNAi转基因水稻绿色叶片较多,枯黄相对不严重。Cd处理后对比ZH11,OsHB4过表达转基因水稻中MDA和H2O2上升最显著,RNAi转基因水稻的上升比例不明显。这些结果表明OsHB4过表达会增加水稻对Cd的氧化胁迫程度,进而降低水稻对Cd胁迫的耐受性。4.OsHB4过表达以及RNAi转基因水稻中Cd积累与转运规律研究将OsHB4过表达和RNAi转基因水稻水培至8周,用2μM CdCl2处理14 d后测定Cd含量。与ZH11相比,OsHB4过表达转基因水稻根中积累的Cd较少,地上部积累的Cd多;而RNAi转基因水稻根中Cd含量较高,地上部Cd含量较少。进一步计算Cd转运系数显示,OsHB4过表达转基因水稻的Cd转运系数显著高于ZH11,且RNAi转基因水稻低于ZH11。此外,OsHB4过表达转基因水稻根茎结合部位木质部汁液的Cd含量比ZH11高30-40%,而RNAi转基因水稻显著低于ZH11。表明OsHB4可能通过影响Cd在木质部的装载,进而促进了水稻根向地上部的Cd转运。采用qRT-PCR对Cd积累转运相关基因的表达量检测发现,OsHMA2、OsHMA3、OsLCT1、OsLCD、OsNRAMP1、OsNRAMP5对Cd的积累转运都发挥了一定的作用。OsHB4可能通过调节Cd积累转运基因的表达从而影响水稻中Cd的吸收和分布。