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镉是动植物非必需的重金属元素。由于毒性强,溶解度高,移动性大和生物富集特性,镉被认为是环境中危害最大的重金属元素之一。我国的镉污染问题不容忽视,据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国土壤总点位超标率为16.1%,而镉点位超标率为7.0%,居各种污染物之首。对动植物的健康造成了严重的威胁。因此,如何有效防控和减少镉等重金属在各类作物中的污染已成为我国当前迫切需要解决的环境问题。植物在镉胁迫下体内会发生一系列生理代谢及分子反应以适应镉所引起的毒害作用。这一过涉及转录前的表观遗传学变化、转录表达及转录后各种基因及基因组中各种重复序列表达的变化。转座子(transposible elements,TEs)是真核生物中一类可从一个位点移动到另一个位点的DNA重复序列,在基因组中占有很大的比例。已有研究表明,在非生物胁迫下植物中的转座子可通过激活其附近相关基因的表达,以此应对多种非生物胁迫。但迄今为止尚无报道植物在重金属胁迫下相关TEs的转录调控及适应机制。本文对镉胁迫下的水稻幼苗进行了全基因转录组及甲基化的测定,利用这些数据及生物信息学方法深入探讨了转座子受镉胁迫的诱导机理。首先通过分析镉胁迫下转座子的表达水平和甲基化水平,明确了转座子的表达和甲基化程度可受镉胁迫的影响。由于已有报道证明,转座子可通过调控其附近基因来影响植物对非生物胁迫的反应,我们对差异转录表达及差异甲基化的转座子附近基因进行了分析。结果显示,这些基因只占所有差异表达基因及差异甲基化基因的很少一部分,表明即使转座子可以通过调控附近基因的表达水平和甲基化水平来影响这些基因的表达,这种调控效应也是有限的。为了证明转座子对附近基因的调控关系,我们对3个在镉处理下发生差异表达的转座子TE-2,TE-11,TE-15及其附近基因进行了关联分析。首先,对转座子TE-2,TE-11,TE-15及其附近基因进行半定量分析。结果表明,在不同镉浓度处理下,这几个转座子与其附近某些基因的表达模式几乎完全相同或相反,暗示镉胁迫下转座子有可以调控其附近基因的表达。其次,我们收集到了 TE-2,TE-15,TE-C三个突变体,鉴定其在镉胁迫下部分生理反应。结果显示,镉胁迫能导致转座子突变体的长势较野生型更差,金属含量测定发现转座子突变体镉的积累量较野生型更多,因此受到镉的毒害更大,说明转座子参与了水稻耐镉胁迫的过程。另外,我们挑选出差异表达转座子TE-11附近与金属转运有关的一个ABC(ATP binding cassette)转运体及差异甲基化转座子LOC_Os08g36670附近基因HMT(heavy metal transporter),将其转入酵母中,进行酵母金属转运能力的测定。结果表明ABC转运体与镉离子转运相关,而HMT介导酵母对Cu和Mn离子转运有关。由于siRNA介导了转座子的沉默与激活过程,我们对镉胁迫下全基因组siRNA的表达水平进行分析,发现差异表达的siRNA绝大部分来自于转座子(90%以上)。对差异表达的siRNA的潜在靶基因统计发现,差异表达和差异甲基化的靶基因占镉胁迫下差异表达和差异甲基化总基因的半数以上。为证明siRNA参与植物对镉胁迫的反应,我们利用siRNA生物合成过程过一个关键酶RDR2的RNA干扰转基因材料,来研究植物对镉胁迫的反应。在镉胁迫下,RDR2i-6的长势较野生型更差,金属含量测定发现RDR2i-6镉的积累量较野生型更多,因此受到的镉毒害更大。上述结果表明RDR2很可能介导的一些siRNA参与了水稻的耐受机制。