脱落酸(ABA)是一种植物激素,在种子休眠萌发、根系结构、叶片衰老、气孔调节和非生物胁迫耐受等方面起着重要作用。9-顺式-环氧类胡萝卜素双氧合酶(9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase,NECD)是ABA合成途径中的关键限速酶。NCED调控植物发育和非生物胁迫耐受的生理和分子机制在玉米、水稻和拟南芥中已有报道,但谷子SiNCEDs基因功能的研究报道较少。谷子是我国传统的粮食作物,具有抗旱和耐瘠性。研究谷子SiNCEDs耐旱的生物学功能,对揭示植物抗逆机理,改善植物对逆境的适应能力和培育抗逆品种具有重大的理论价值和应用意义。本研究以冀谷42为材料,克隆了谷子SiNCEDs基因,并对克隆的SiNCED1、SiNCED5在拟南芥中进行异位过表达,研究其在耐旱的生理和分子机制,主要结果如下:1、以冀谷42为材料,克隆得到4个谷子SiNCEDs基因,SiNCED1(LOC101783411)基因全长2397 bp,1个外显子,2个内含子;SiNCED3(LOC101778945)基因全长5656 bp,3个外显子,2个内含子;SiNCED4(LOC101766978)基因全长2179 bp,1个外显子,2个内含子;SiNCED5(LOC101770668)基因全长2487 bp,1个外显子,2个内含子。谷子的SiNCED1和SiNCED5分别与水稻的Os NCED1和OsNCED5亲缘关系较近;SiNCED1主要响应干旱胁迫,SiNCED5主要与ABA和茉莉酸相关。2、SiNCED1和SiNCED5在谷子的所有组织中均有表达,在根中的表达量相对较高;在100μM ABA、150 mM NaCl、20%PEG胁迫下,SiNCED1、SiNCED5在地上和地下的表达水平都受到不同程度的诱导。3、拟南芥异位过表达SiNCED1和SiNCED5增强了拟南芥的耐旱性。干旱处理后,异位过表达SiNCED1、SiNCED5生长正常,而野生型出现明显旱害;分析失水速率、电导率、H2O2含量、脯氨酸含量、SOD活性都表明拟南芥异位过表达SiNCED1和SiNCED5增强了拟南芥的耐旱性。4、SiNCED1、SiNCED5与水分胁迫条件下气孔的关闭有关。在水分胁迫条件下,野生型完全关闭的气孔小于异位过表达SiNCED1、SiNCED5突变体,完全开放的气孔大于异位过表达SiNCED1、SiNCED5突变体。5、干旱胁迫下SiNCED1、SiNCED5能增强ABA和ABA相关基因的表达。6、正常和NaCl、甘露醇或葡萄糖胁迫条件下异位过表达SiNCED1和SiNCED5种子萌发率明显低于野生型。