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土壤重金属污染、盐渍化和干旱属于全球性的生态环境问题。在环境胁迫下,植物细胞壁的结构和成分会发生较大改变。木葡聚糖（xyloglucan,XG）是双子叶植物初生壁中主要的半纤维素多糖,通过氢键绑定纤维素并对细胞壁起限定作用。木葡聚糖内糖基转移酶/水解酶（xyloglucanendotransglucosylase/hydrolase,XTH）是一类细胞壁重构过程中的关键酶,参与细胞壁的松弛、水解以及强化和维持细胞壁完整性的作用。蒺藜苜蓿（Medicago truncatula）是豆科基因组学研究的新型模式植物,我们比较不同生态型蒺藜苜蓿对重金属汞（Hg）的胁迫反应;并对响应Hg、盐和渗透胁迫的MtXTHs及其相关代谢途径（即木葡聚糖代谢途径）中关键基因进行了挖掘与鉴定。利用全基因组数据分析了 Hg胁迫蒺藜苜蓿MtXTHs表达特性,并利用RT-PCR分析Hg胁迫蒺藜苜蓿后木葡聚糖木糖基转移酶（xyloglucan xylosyltransferase,XXT）和木葡聚糖糖基转移酶（xyloglucan glycosyltransferase,XGT）的基因表达。同时,利用公共表达谱芯片数据对盐和干旱胁迫蒺藜苜蓿后的MtXTHs以及XG代谢途径关键基因表达量进行分析。以MtXTH3作为详细研究基因,对其进行了组织表达以及环境胁迫表达分析。克隆MtXTH3基因及其启动子并进行分析;构建了35S::MtXTH3过表达载体,利用异源过表达MtXTH3拟南芥植株和mtxth3突变体对其作了功能研究。本研究主要得到以下结果:依据蒺藜苜蓿网站（http://www.icvi.org/medicago/）,我们查到MtXTHs基因家族中有44个成员,构建种内、种间进化树和染色体定位图。通过构建进化树,将44个MtXTHs划分为三个亚家族,其中35个成员归属为Ⅰ/Ⅱ类亚家族,具有木葡聚糖内糖基转移酶（xyloglucan endotransglucosylase,XET）活性;9个成员 MtXTHs 归属为第Ⅲ亚家族,又可分为ⅢA和ⅢB两亚类,其中ⅢA亚类4个成员可能具有显著的木葡聚糖水解酶（xyloglucan hydrolase,XEH）活性。利用表达谱芯片分析重金属Hg胁迫以及盐和干旱胁迫蒺藜苜蓿后的44个MtXTHs成员的基因表达。在汞胁迫下,发现蒺藜苜蓿中有28个MtXTHs响应汞胁迫表达量发生改变;在根中,表达量相对于对照显著上调的有11个基因,16个基因表达量显著下调。在盐胁迫下,发现蒺藜苜蓿根中有17个MtXTHs基因响应盐胁迫表达发生显著改变,其中在根中相对于对照明显诱导表达的有7个基因,显著抑制表达的有10个基因。在干旱胁迫下,蒺藜苜蓿的根中15个MtXTHs表达量相对于对照发生改变。在中度和极度干旱下,根中相对于对照明显上调表达的有5个基因,下调表达显著的有9个基因。构建一条蒺藜苜蓿木葡聚糖代谢通路,包含了木葡聚糖的合成,转化和降解,共具有9种编码酶和1种编码蛋白,包括α-葡聚糖磷酸化酶（GP）、尿苷三磷酸-葡萄糖-1-磷酸尿苷酰基转移酶（UGP2）、木葡聚糖糖基转移酶（XGT）、木葡聚糖木糖基转移酶（XXT）、木葡聚糖半乳糖基转移酶（XGAT）、岩藻糖基转移酶（FUT）、内切-β-1,4-葡聚糖酶（EGase）、木葡聚糖内糖基转移酶（XET）、木葡聚糖水解酶（XEH）和木葡聚糖特异内切葡聚糖酶抑制蛋白（XEGIP）。芯片数据分析表明,盐胁迫下除了部分基因表达不受盐胁迫影响,多数酶基因表达均受抑制。盐胁迫可能抑制蒺藜苜蓿木葡聚糖合成。蒺藜苜蓿木葡聚糖合成过程中多数基因受干旱胁迫影响较小,而XGAT酶的编码基因Medtr1g102430、Medtr1g035730受干旱诱导表达,木葡聚糖合成上游GP酶的编码基因Medtr3g462340、Medtr0288s0040受干旱胁迫基因表达上调显著。这些基因可能在蒺藜苜蓿耐干旱胁迫中发挥重要作用。汞胁迫下,多个编码XXT酶基因表达明显上调,这表明汞胁迫可能促进蒺藜苜蓿根部木葡聚糖含量增长。此研究为进一步揭示这些候选基因的生物学功能以及蒺藜苜蓿对逆境响应机制奠定基础。最后,我们对MtXTH3进行了详细的鉴定与研究。该基因编码288个氨基酸残基,其中N端含有24个氨基酸的信号肽,MtXTH3的催化活性位点是DEIDFEFLG,在此催化位点后紧连着一个N-糖基化位点（N-X-S/T）,且在C-末端含有两对半胱氨酸序列。通过与拟南芥XTH家族进行聚类分析,发现MtXTH3与拟南芥XTH家族中第Ⅱ亚家族的AtXTH23聚类到同一簇中,推测其具有XET活性。分析了MtXTH3在受到不同浓度HgCl2、CuCl2、NaCl和PEG6000环境胁迫和ABA处理胁迫时在叶和根中的表达量变化。利用不同浓度的HgCl2溶液胁迫蒺藜苜蓿,在6 h内根中MtXTH3表达量上调显著。在中或高浓度CuCl2胁迫时,MtXTH3基因表达上调也较显著。利用150mMNaCl溶液胁迫蒺藜苜蓿时,发现MtXTH3表达量上升;300mM NaCl胁迫时,MtXTH3表达量上调最显著。在20%PEG6000胁迫下,MtXTH3表达量在蒺藜苜蓿根中表达量无明显变化,但在叶中表达量上调;30%PEG6000胁迫时,MtXTH3表达量在根和叶中上调显著。利用ABA喷洒蒺藜苜蓿叶片胁迫1 h,叶中MtXTH3表达量显著上调。而且,根和叶中MtXTH3受黑暗胁迫显著诱导表达。为了进一步鉴定MtXTH3的表达模式,我们克隆了MtXTH3启动子,长度为1991 bp,构建了MtXTH3启动子（pMtXTH3::GUS）转基因拟南芥植株。分析发现,MtXTH3在所有的发育阶段均能表达,在根的延长区、幼嫩的正在旺盛生长的叶子和幼嫩果荚中表达量很低,GUS染色很浅;在相应成熟组织如根的成熟区、展开的子叶、下胚轴、成熟叶和始衰叶等表达量比较高。避光生长的转基因拟南芥苗在无糖培养基中根变短,GUS染色加深。而且,MtXTH3启动子融合GUS能够受环境胁迫诱导表达。上述结果表明,MtXTH3可能具有强化植物细胞壁以及维持细胞壁完整性的功能。进一步,我们构建了过表达35S::MtXTH3载体,异源转入野生型拟南芥。在正常生长条件下,35S::MtXTH3植株相比于野生型未见明显的表型差异。而且,35S::MtXTH3植株叶肉细胞的细胞壁厚度与对照相似。我们进一步鉴定了在环境胁迫下转基因植株与野生型拟南芥的表型,但遗憾的是35S::MtXTH3转基因植株相比于野生型对汞、盐等非生物胁迫未表现出显著差异。为了进一步探查MtXTH3的功能,我们筛选获得了蒺藜苜蓿两个独立的Tnt1插入突变株系mtxth3-1、-2,通过表型观察和石蜡切片分析,没有发现突变体mtxth3相比于野生型R108有显著差异。mtxth3突变体相比于野生型对汞、盐等非生物胁迫也未表现出显著表型差异。通过对上述研究结果的分析,我们的基本结论是MtXTH3基因可能与其它细胞壁修饰相关基因XTHs存在功能冗余。此研究结果为深入研究相关XTHs基因的功能奠定了基础。