铝是地壳中含量最丰富的金属元素，近年来由于土壤酸化及其频繁使用对生态环境的影响受到广泛的关注。当铝以Al3+的生物活性形式存在时，可抑制植物和微生物的生长，影响人体健康，但其中的分子机制并不完全清楚。在本研究中，使用酿酒酵母细胞模型筛选铝离子的响应基因，并进一步探究其中的分子机制。
　　首先，通过离子组学的方法研究铝对酿酒酵母细胞内钠、钾、镁、钙磷等离子平衡的影响，发现50μg/ml（中抑制浓度）Al3+处理后胞内磷含量显著降低；进一步研究了细胞内不同位点磷酸盐代谢通路遗传阻断（pho5△，pho84△,pho87△,pho89△,pho90△）对铝的敏感性，发现高亲和力的磷酸盐转运子PHO84缺失后对铝非常敏感，离子吸收和外排实验证明铝抑制磷的吸收依赖于PHO84基因。磷酸盐代谢（PHO）途径是调控PHO84的关键途径，实验也证实PHO途径相关基因缺失（pho81△,pho4△,pho2△）同样对铝敏感，而铝并不影响pho84p的转运；铝处理对PHO途径相关基因表达的影响分析，表明铝模拟了低磷胁迫上调细胞PHO84以及PHO4、PHO5、PHO81转录。PHO2和PHO4是PHO途径中调控PHO84的关键转录因子，然而过表达PHO4不能弥补pho2△和pho84△对铝的敏感性，这表明铝胁迫下PHO84的表达可能需要PHO2/PHO4共同调控。为了进一步验证，构建了pho2△pho4△双缺失突变体，在双缺失突变体中PHO84表达水平不再表现铝胁迫上调效应。在pho2△或pho4△过表达PHO84能够弥补低磷以及铝胁迫导致的细胞生长抑制，而在pho2△pho4△中过表达PHO84只能促进细胞在低磷条件下的生长，这说明铝上调PHO84依赖于PHO2/PHO4且与低磷胁迫机制并不完全一致。实验表明，铝同样能够抑制烟草生长，降低烟草中磷的含量，进一步分析发现烟草高亲和力磷酸盐转运子NtPT1（PHO84的同源基因）受到铝胁迫后表达上调，并且NtPT1在酵母细胞异源表达可以缓解pho84△、pho2△以及pho4△对铝的敏感性，这表明铝诱导的磷酸盐障碍具有真核生物的保守性。
　　其次，铝胁迫同时导致了胞内钙的升高。遗传分析，发现质膜钙离子转运缺失突变体cch1△和mid1△以及高尔基体钙泵缺失突变体pmr1△对铝表现出不同的敏感性，外源钙离子能部分弥补这一表型。钙离子和铝离子的吸收分析表明铝诱导的胞内钙升高依赖于CCH1/MID1。PMR1对铝的解毒机制并不完全是由于胞内钙的区室化，过表达PMR1能够回补细胞对铝的敏感性，而且显著降低了细胞内的铝含量，但进一步研究结果表明PMR1降低胞内铝并不依赖于GOS1介导的囊泡运输途径。
　　最后，探究了铝引起氧化损伤的相关机制。细胞谷胱甘肽合成障碍（gsh1Δ）和谷胱甘肽-金属复合物液泡转运蛋白突变（ycf1Δ）对铝和镉的敏感性检测表明细胞对铝的解毒机制不同于重金属镉，铝具有氧化的细胞毒性。进一步研究显示，用铝处理后细胞内活性氧、羰基蛋白、TBARS和碘化丙锭渗透细胞百分比的水平显着增加，表明铝诱导脂质过氧化、质膜破坏等氧化损伤是铝对酿酒酵母产生毒性的重要原因。同时，铝能引发细胞内的抗氧化防御系统的应激，用铝处理后细胞内GSH水平显著降低，而SOD和CAT的活性增加；不同氧化应激通路障碍对铝胁迫的耐受性分析表明，与过氧化氢诱导YAP1途径的应激机制不同，铝诱导的氧化损伤和含巯基的氨基酸或多肽相关。
　　总之，本课题研究发现PHO84是铝抑制酵母磷酸盐吸收的重要调控基因；同时，铝诱导的胞内钙吸收依赖于CCH1/MID1，高尔基体钙泵PMR1能够降低胞内的铝含量来解毒。此外，细胞内含巯基氨基酸或多肽（如GSH）的合成的改变是提高细胞铝耐受的关键。本文结果为耐铝微生物或植物的选育提供了参考，为治理环境中铝胁迫提供依据。