水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一,为世界一半以上的人口提供主要食物。然而,全球气候的不断变化给水稻生产带来重大挑战,特别是干旱环境,这严重影响了世界经济和粮食安全。对水稻的抗逆性状进行遗传改良是应对这一状况的主要策略之一。根据已有报道,水稻抗旱性状是由多基因控制的,因此,多基因聚合的策略在理论上可以用于改善水稻的抗旱性。然而,目前这种策略仍然缺乏实验证据。在本研究中,我们通过MISSA(multiple-round in vivo sitespecific assembly)系统组装了从水稻中分离的几个干旱应答基因,并且通过农杆菌介导转化法将聚合载体以及对应的单基因超表达载体导入KY131水稻品种中。之后,我们鉴定了T1代转基因植株中的目的基因转录水平和插入片段拷贝数,并选取单拷贝、超量表达目的基因的转基因家系和阴性转基因材料(KY131-N)用于大田干旱胁迫的预实验和之后的进一步实验中。在预实验期间,通过对叶片死亡程度和结实率的目测,我们发现共表达两个基因OsbZIP46CA1(编码bZIP转录因子OsbZIP46的组成型激活形式)和SAPK6(编码蔗糖非发酵1[SNF-1]相关蛋白激酶家族SnRK)的转基因材料在成株期的抗旱性明显高于相应的单基因超表达材料(CA1-OE与SAPK6-OE)和KY131-N。与相应的超量表达单基因的材料以及KY131-N相比,共表达两个基因的材料(称为XL22)对ABA的敏感性有明显增强。这一结果表明OsbZIP46CA1和SAPK6可能在水稻对ABA的应答过程中存在加性效应。利用大田中的农艺性状进一步对XL22,CA1-OE,SAPK6-OE超量表达转基因材料和KY131-N的抗旱性进行评估。结果表明XL22在中等干旱胁迫条件下具有更高的产量,干重,总粒数和实粒数。苗期的抗旱性和失水率试验表明,转双基因的株系XL22的耐旱性明显优于转单基因的株系CA1-OE和SAPK6-OE。此外,RNA-Seq的表达谱分析显示,在干旱处理的XL22家系中,涉及应答逆境的许多基因被特异上调,并且在CA1-OE和SAPK6-OE中激活的一些逆境相关基因是不同的,这可以部分地解释这些材料对于抗旱性的不同性能。另外,我们还在苗期对上述超量表达材料和KY131-N的高温(42℃)和低温(4℃)胁迫的耐受性进行了测试。结果显示,在以上逆境处理后,XL22与CA1-OE、SAPK6-OE以及KY131-N相比具有更高的存活率。此外,在高温胁迫条件下,我们还发现XL22植株的丙二醛(MDA)含量和相对离子渗漏率显著低于其他材料。这表明XL22植株在高温胁迫条件下膜脂质氧化程度更低,部分解释了其更强的高温抗性。以上结果表明共表达这两个基因可以显著增强水稻对高温以及低温环境的抗性。综上所述,本研的结果表明,将合适的抗逆相关基因进行聚合是水稻抗逆性状遗传改良的有效的策略。