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植物在整个生命过程中会面对各种限制其生长和发育的胁迫因子,其中干旱是影响植物生产的重要限制因子,活性氧（Reactive oxygen species,ROS）的产生是植物应对逆境的普遍特征,而NADPH氧化酶（NADPH oxidases,NOXs）被认为是植物在正常和胁迫环境下ROS产生的关键酶。植物NOX在不同的亚家族之间具有不同的功能,对这些亚家族基因的研究发现它们在基因结构上呈现出了明显的进化选择,但是人们对植物不同NOX的功能及其进化关系并不清楚。本研究中,我们首先从全基因组水平对植物NOX基因家族系统发育和进化关系进行了分析,初步明确了其逆境表达特点及共表达网络,然后采用遗传转化、抗性分析及理化测定等方法,对水稻OsNOX1基因在干旱胁迫响应下的功能进行了较深入的研究,取得的主要结果如下:（1）植物NOX家族基因系统发育与进化关系研究:从代表八个主要植物谱系的20个物种中选择了50个铁还原氧化酶（Ferric reduction oxidases,FROs）和77个NOX同源基因进行了系统发育和进化的分析,通过对所选基因FRO和NOX基因结构的分析,把它们分为NOX、FROI、FROII和FROIII四个亚家族。所有的亚家族基因都包含一个Ferricreduct结构域,FROI家族只有Ferricreduct结构域,其在进化过程中通过多次基因融合获得了FADbinding8、NADbinding6和NADPHOx结构域而进化为NOX家族基因。进一步分析发现,单个内含子的获得与缺失是FRO和NOX家族基因结构多样性的重要因素。根据序列结构特点,FROII蛋白又可分为FROIIa、FROIIb和FROIIc三个亚家族,而NOX家族可分为Sub.I、Sub.II、Sub.III和Sub.IV四个保守的亚家族。FRO和NOX家族基因的内含子数目和长度表现出了相当大的差异,但内含子的数目和相位在同一个亚家族之间没有明显差异。FROI是NOX家族基因的原始祖先,通过基因的融合和基因片段的重复及内含子的得失而进化为高等植物NOX家族基因,并导致植物NOX家族基因的扩张及功能的多样性。（2）植物NOX家族基因逆境表达特点及共表达网络分析:以拟南芥和水稻NOX家族基因为研究对象,利用数据库中芯片数据和qRT-PCR的方法对NOX家族基因的组织表达、逆境表达和共表达网络分析发现,拟南芥中的10个AtNOXs（AtRBOHAJ）和水稻中的9个OsNOXs（OsNOX19）在植物整个发育时期中的不同组织中都有表达,而且它们表现出了很强的组织特异性。大部分AtNOXs和OsNOXs基因的启动子包含厌氧、干旱、高温、脱落酸（ABA）以及茉莉酸甲酯（MeJA）等环境因子响应元件,而且AtNOXs和OsNOXs基因在高低温、干旱（PEG）、盐（NaCl）和氧化胁迫（methyl viologen,MV）等非生物胁迫以及ABA、MEJA水杨酸（SA）、玉米素、赤霉素（GA）、生长素（IAA）、激动素（KT）及细胞分裂素（6-BA）等激素处理下被不同程度的诱导表达,但这些基因的表达在同一亚家族之间没有明显差异。对植物NOX基因的共表达网络分析发现,AtNOXs主要与植物抗病反应、激素信号传导、二级代谢及苯丙醇的生物合成等过程有关,OsNOXs主要与植物抗病反应、內吞作用、脂肪酸和不饱和脂肪酸的生物合成以及代谢途径中的基因共表达,这些结果说明NOX在植物代谢和抗逆中有重要作用,不同的NOX具有不同的功能但是它们彼此之间又存在复杂的相互作用。（3）水稻OsNOX1基因在干旱响应中的功能:我们首先克隆了水稻OsNOX1基因及其启动子,并利用遗传转化法获得了超表达（OE）和启动子（ProOsNOX1-GUS）的转基因植株,同时我们还从日本订购了TOS17插入引起的OsNOX1基因缺失突变体osnox1,然后通过形态、生理生化测定以及抗性分析,对OsNOX1基因在水稻逆境中的功能和干旱响应机制进行了研究。结果发现,OsNOX1蛋白定位于细胞质膜,其编码基因在水稻不同时期的不同组织中均有表达,并受PEG、NaCl、ABA、MeJA和SA等处理的诱导。相对于野生型和超表达植株,OsNOX1基因的功能缺失突变体osnox1根发育迟缓,植株矮小,ROS水平和ABA含量及胁迫相关基因表达量降低,但是气孔开放程度升高,抗旱性降低。此外,osnox1突变体在干旱胁迫下抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化氢酶（CAT）的酶活和基因表达量、MDA和脯氨酸含量均显著升高。这些结果表明,osnox1突变体在胁迫后维持较低的ROS水平,可能是其抗性降低的重要因素。以上研究结果表明,植物NOX家族基因由其原始祖先FROI经过多次的基因片段重复和融合进化而来,NOX基因再经过内含子的得失使NOX家族基因得到扩张并获得功能的多样性和差异性。植物不同NOX在不同非生物胁迫和激素处理下具有不同的表达模式,在植物代谢和抗性响应中有重要作用,不同亚家族的NOX在功能上既具有差异性又存在复杂的互作关系。水稻OsNOX1基因在水稻抗旱中具有正向调控作用,其产生的ROS可能通过与ABA信号的互作而参与水稻对抗旱的应答。