土壤重金属污染是全球主要环境危害之一,而镉（Cadmium,Cd）污染居所有重金属污染之首。镉对水稻生长发育有较大的影响,其能破坏水稻叶片的叶绿体结构,降低叶绿素含量,导致水稻生长发育缓慢,植株矮小,根系生长受到抑制等。前人的研究表明硅处理不仅极显著减少水稻含镉量和镉吸收量,而且减少镉累积在地上部、地下部以及在叶、茎中的比值。硅通过抑制水稻对镉的吸收和镉的向上运输,而增加镉在细胞壁中的沉积和自由空间中交换态镉的比重等途径缓解镉对水稻的毒害。前期发现抑制水稻中Lsi1基因的表达后,水稻抗镉胁迫能力下降,增强水稻中Lsi1基因的表达,水稻抗镉胁迫能力增强,暗示Lsi1能够调控水稻的抗镉能力。为了揭示Lsi1调控提高水稻抗镉胁迫的蛋白作用网络,本文通过Gateway克隆技术建立稳定带有FLAG和GFP标签的Lsi1表达系统分别遗传转化Lemont和Dular水稻,通过对基因组DNA的PCR扩增和蛋白质的Westernblot检测,证实Lsi1融合基因成功整合到了水稻的基因组中并表达,通过筛选获得阳性转基因水稻植株。对转基因植株进行1mM镉处理七天,结果显示FLAG-Lsi1转基因Dular水稻和Lemont水稻植株叶片相比其野生型植株都表现出较轻的镉毒害症状,说明超表达Lsi1基因能够增强水稻对镉的抗性,减轻镉对水稻的毒害。为进一步研究Lsi1的蛋白调控方式,利用免疫共沉淀技术获得了Lsi1基因编码的NIP蛋白的互作蛋白。鉴定结果显示,在未经过Cd处理的转基因水稻中,一共鉴定到了 583个与NIP相互作用的蛋白,而在经过镉处理的转基因水稻中一共鉴定到了 272个NIP相互作用的蛋白。由此可见,经过镉处理后,转基因水稻叶片中与NIP相互作用的蛋白数量显著减少,暗示镉胁迫抑制了互作蛋白的表达。将经过Cd处理的样品和未经过Cd处理的样品的互作蛋白进行比较分析发现,有183个相同的互作蛋白。未经过Cd处理的样品的互作蛋白中有400个蛋白在经过Cd处理的样品没有发现,这些蛋白包括磷酸甘油酸激酶、蔗糖合成酶、碳水化合物激酶、甘油醛-3-磷酸脱氢酶、果酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶、AMP结合蛋白、硫代硫酸盐转移酶、胡萝卜素异构酶、吡哆醇生物合成蛋白、硫氧还蛋白还原酶、脱氢抗坏血酸还原酶、钙离子结合蛋白、GTP结合蛋白和液泡ATP合酶等。暗示经过镉胁迫,水稻原有的蛋白互作过程遭到镉胁迫的抑制或者破坏,导致互作蛋白减少。同时有89个互作蛋白只在经过Cd处理的样品中发现,这些蛋白包括铁氧还蛋白-NADP还原酶、丝氨酸羟甲基转移酶、果糖二磷酸醛缩酶、可溶性淀粉合成酶、葡萄糖-6-磷酸异构酶、丙酮酸脱氢酶、乙酰辅酶A合成酶、谷氨酸脱氢酶、木聚糖酶抑制蛋白、GTP结合蛋白和水通道蛋白PIP2-7等,说明这些蛋白相互作用过程是在Cd胁迫之后出现的。暗示镉胁迫激发了这些蛋白与NIP蛋白的相互作用,推测在镉胁迫下,这些蛋白很可能与NIP蛋白的相互作用来增强水稻对镉胁迫的抵抗能力。对镉处理下的转基因水稻的272个与NIP蛋白互作的蛋白的功能进行分类,结果显示这些蛋白主要参与光合作用、碳水化合物代谢、脂类代谢、氮代谢、氨基酸代谢、次级代谢、激素代谢、应激反应、氧化还原调控和信号转运等过程,其中5个蛋白与STRING数据库中提供的NIP蛋白的互作蛋白相符。此外,本研究还鉴定到一个水通道蛋白PIP2-7。本文还通过非损伤微测技术测定了Lsi1基因过表达、干扰材料和野生型材料中镉离子流,结果显示,对于Lsi1基因过表达水稻和野生型植株,同时添加硅和镉的水稻植株镉吸收均少于只添加镉的水稻植株。与之相对,同时添加硅和镉与只添加镉处理,Lsi1基因干扰水稻中镉的吸收量差异不显著,但均显著高于Lsi1基因过表达水稻也野生型,暗示水稻地下部还存在的硅对镉的拮抗作用,降低水稻对镉的吸收。通过本研究可见,水稻通过Lsi1基因的表达不仅能调节硅吸收拮抗镉积累,而且Lsi1基因在叶片表达时还能通过蛋白与蛋白相互作用,调控水稻的抗镉胁迫能力,暗示Lsi1可能具有一因多效作用。