镁是植物生长发育所必需的营养元素之一,在许多生理和生化过程中起着至关重要的作用。镁供应不足会导致许多作物叶片出现脉间失绿的症状,影响光合效率,最终导致作物产量及品质的降低。镁离子具有最小的离子半径、最大的水合半径和最高的电荷密度等一系列独特的化学特性,使得其在跨膜转运中需要特定的镁转运体来维持植物体内高浓度的镁。目前,在水稻中已经发现转运体OsMGT1参与根部镁的吸收,同时在抗铝毒和抗盐胁迫中发挥重要作用。然而OsMGT1是否响应水稻缺镁胁迫还有待研究。本研究利用缺镁条件下转录组测序分析,发现OsMGT1在水稻地上部的表达受到缺镁胁迫显著诱导。通过分子生物学相关的实验技术并结合传统植物营养学分析方法对OsMGT1如何响应缺镁胁迫进行了系统研究,获得的主要结果如下:(1)通过转录组测序分析和定量表达分析,发现OsMGT1在水稻地上部的表达受到缺镁条件的诱导。并且,通过不同缺镁时间处理,发现OsMGT1表达的诱导上升发生在缺镁第5天。重新供镁之后,OsMGT1在水稻叶片和叶鞘的表达恢复到正常水平。OsMGT1在根部的表达不受缺镁的诱导。说明OsMGT1在水稻地上部的表达响应缺镁胁迫。(2)通过组织特异性表达分析,发现正常条件下,OsMGT1在根的中柱鞘,以及叶片、叶鞘和节的韧皮部位表达。缺镁胁迫显著增强了OsMGT1在叶片木质部和叶肉细胞、叶鞘叶肉细胞以及节木质部的表达。然而缺镁并没有改变OsMGT1在根部的表达模式。说明在缺镁胁迫下OsMGT1可能在水稻地上部发挥更为重要的作用。(3)通过植株生理表型分析,发现缺镁胁迫显著抑制了水稻植株的正常生长,表现在株高、生物量、SPAD值和镁含量的显著降低以及叶夹角的显著增大。其中,osmgt1两个突变体与野生型相比,对缺镁胁迫更为敏感,表现在生物量的显著降低、叶片提前卷曲萎黄、出现褐色斑点以及叶夹角显著增大。通过养分测定发现,突变体中镁离子的含量无论是在正常还是缺镁条件下都显著低于野生型。另外,在缺镁条件下同时增加钙离子的浓度,发现高钙进一步抑制osmgt1突变体的生长和镁离子的吸收。通过构建OsMGT1过表达株系,发现过表达该基因增强了水稻对缺镁胁迫的耐性,表现在生物量和镁含量的增加。以上结果说明OsMGT1在提高水稻缺镁耐性上起到重要作用。综上所述,OsMGT1通过促进镁在地上部木质部和叶肉细胞的转运来增强水稻缺镁胁迫的耐性。本研究为培育缺镁抗性的水稻品种提供候选基因和理论依据,对提高农作物产量和品质有着一定的指导意义。