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水稻(Oryza sativa L)是中国最重要的禾谷类作物之一,然而,低温、干旱等环境胁迫日益严重地威胁到我国的水稻生产。因此,深入开展水稻抗逆相关基因的功能和进化研究,对水稻安全生产意义重大。随着高通量测序技术的迅速发展,以及水稻(Oryza sativa)基因组测序的完成,水稻已经成为一个重要的模式生物,在阐明植物发育和进化上起到了极其重要的作用。特别是,越来越多的研究已经揭示了水稻基因在抵抗逆境中的功能和作用机制。水稻基因组和丰富的表达数据的可获得,为深入研究水稻抗逆相关基因的功能和进化提供了重要的基础。因此,本论文在构建植物抗逆基因数据库的基础上,对水稻抗逆相关蛋白编码基因和microRNA (miRNA)的分子进化进行了系统深入的分析,并对预测的水稻抗寒基因OsCORA和OsCAP进行了基因克隆、表达载体构建与抗寒功能分析。论文研究取得以下主要结果：1.本论文首先通过对文献检索共获得308个经过实验验证的植物抗性相关的基因,共涉及了51个植物物种；功能注释分析显示308个植物抗逆基因涉及1428个GO分类；将308个植物抗逆基因映射到]KEGG数据库中,发现他们共参与了203个调控通路,其中参与代谢通路的基因最多；最后基于以上分析结果构建了植物抗逆基因数据库(Plant Tolerance Gene Database,网址为: http://rich.yunda.org/test/rg01/index.php)。2.在上述构建的数据库中,我们获得了22个水稻抗逆相关基因。利用生物信息学方法,对水稻抗逆相关基因的进化进行了研究。结果表明,水稻抗逆基因在低等植物中已经存在,随着植物的不断进化和生存环境的变化,水稻抗逆相关基因数量也随之增加。在植物中,具有相似功能的基因具有相似的基因结构和1notif结构。特别是,在GSK1、RAN2抗逆基因中发现了三个特有的motif吉构。GSKl特有的P-rich motif,RAN2特有的G-rich motif,RAN2特有的E-rich motif。这些保守的Inotif结构与基因的抗逆功能是密切相关的。进化速率分析揭示,在进化过程中,植物抗逆性相关基因受到较强的纯化选择作用,但是,仍然有50%的抗逆性相关基因存在正选择位点,正选择位点的存在为基因适应外界环境变化提供了重要的基础。3.利用生物信息学的方法系统地分析了水稻中非生物胁迫相关的177个miRNA,这些miRNA上游启动子区主要包含TATA-box和胁迫相关的调控元件;许多胁迫相关的miRNA家族是水稻特异的,一些]niRNA是来源于基因组重复；177个miRNA能够预测靶向553个水稻基因,共预测到1562个靶位子,其中89.50%的靶位子有切割活力,10.50%靶位子有翻译抑制活力。4.对预测的两个水稻抗寒基因OsCORA和OsCAP进行了基因克隆、表达载体构建与功能验证。克隆测序得到OsCORA基因的cDNA序列长度为885bp,开放阅读框为873bp,编码290aa,理论分子量为69kDa,等电点(PI)为5.04。OsCAP基因的cDNA序列长度为645bp,开放阅读框为633bp,编码210aa,理论分子量为53kDa,等电点(PI)为5.11。进一步构建了pBI 121-OsCORA和]?BI 121-OsCAP重组质粒,并对pBI 121-OsCORA重组质粒进行了农杆菌转化。同时我们也构建pET-28a-OsCORA重组质粒,对pET-28a-OsCORA重组质粒的抗寒功能进行了分析,结果显示在高温和低温处理后,表达OsCORA蛋白的大肠杆菌的存活率显著增强。本论文搭建了Windows平台的数据库,提供了可视化友好的用户界面,为植物抗逆基因的功能和分子进化研究提供了有效的工具。基于构建的植物抗逆基因数据库的信息,系统地对水稻抗逆相关基因进行了分子进化分析,为更全面理解水稻抗逆相关基因的适应进化提供了有益的借鉴。对水稻中非生物胁迫相关的1niRNA的结构和进化进行分析,有利于揭示全新的miRNA介导的水稻抗逆调控机制。对OsCORA基因的抗寒功能研究,有益于水稻转基因抗寒的深入研究。