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植物重金属积累和耐受的分子基础已逐渐明晰。虽然分离很多植物重金属诱导基因，但关于这些基因的重金属转录调控机制了解甚少，特别是克隆高等植物重金属特异诱导启动子还未见报道，而内含子在重金属调控基因表达中的功能还缺乏深入研究。本论文以菜豆重金属特异诱导基因PvSR2为研究对象，克隆了其启动子和内含子序列，进一步对它们的重金属表达调控功能进行了分析，期望获得重金属特异诱导启动子以及为内含子在植物重金属诱导表达基因中的功能提供新观点和证据。
1.PvSR2基因启动子克隆及其重金属诱导活性分析
菜豆PvSR2基因((P)haseolus(v)ulgaris(s)tress-(r)elated(g)ene no.2)仅特异响应重金属，而不响应其它环境胁迫如热激、紫外辐射和病毒感染。为了揭示重金属对该基因的转录调控的机理，本研究分离并分析了该基因的启动子区(-1623/+48)的重金属诱导功能。5缺失分析表明-222到-146启动子区段对该启动子的重金属特异诱导是必需的。将这段长76-bp启动子区分成两个相邻的区段(-222/-188；-187/-147)，每个区段均能介导CaMV35S基础启动子(-64/+8，35SΔ64)重金属诱导表达。区段Ⅰ(-222/-188)含有一个与动物金属硫蛋白(metallothionein)基因启动子区金属调控元件((m)tal(r)egulatory(e)lement,MRE)的核心保守序列(5-TGCRCNC-3，R为A或G)相似的DNA序列(-212/-206，5-TGCAGGC-3)，命名为MER-like序列(MRE-like sequence)。突变该序列造成区段Ⅰ重金属诱导活性丧失，表明MER-like序列对区段Ⅰ重金属诱导活性是必需的。而区段Ⅱ(-187/-147)与目前已鉴定的金属响应元件没有序列的同源性，暗示该区段可能含有一个新的重金属响应元件((h)eavy(m)etal-responsive(e)lement，HMRE)。在转基因烟草中PvSR2启动子片段(-687/+48)能驱动GUS告基因特异响应重金属诱导表达，启动子活性强度取决于重金属的类别、浓度和器官的类型。
2.PvSR2基因内含子克隆及其在基因表达中的功能
通过比对全长的PvSR2 cDNA和其对应的基因组DNA序列，发现了一个长度为444 bp的内含子序列(intron ofPvSR2，I-PvSR)。本论文进一步分析了该内含子在PvSR2基因表达中的作用。重金属汞胁迫并没有抑制该内含子的正常剪接。烟草原生质体瞬时表达分析表明I-PvSR能提高PvSR2基因启动子驱动的GUS报告基因表达。有趣的是该内含子能独立指导GUS基因在烟草原生质体、烟草叶片和拟南芥中表达，说明该内含子具有启动子活性。该启动子样内含子的转录起始位点锚定在3剪接位点上游的72 bp的A碱基。在菜豆中也检测到该内含子内的启动子(intronic promoter)驱动的mRNA分子(768 nt)，该分子比PvSR2 mRNA(829 nt)短61 nt，特别是该mRNA分子的3末端序列比PvSR2 mRNA3末端序列短56 nt，这是选择性多聚腺苷酸化作用的结果。与PvSR2 mRNA表达不同，这个新的3端截短(truncated)的PvSR2 mRNA的表达不受重金属诱导。以上数据表明该内含子在PvSR2基因中具有两种不同的作用：增强PvSR2基因启动子的活性，通过位于该内含子内的启动子改变PvSR2基因的重金属诱导表达模式。
本论文初步揭示了PvSR2基因的表达调控机理。PvSR2基因含有两个启动子：一个位于基因第一外显子上游，另一个位于内含子内。两种长短不同的mRNA分子分别在两个启动子的控制下从同一个基因转录合成。它们具有不同转录调控机制：较长的PvSR2 mRNA受重金属强烈诱导表达，而较短的PvSR2 mRNA则不依赖于重金属诱导表达。选择性多聚腺苷酸化造成两种mRNA分子在3末端序列上的差异。总之，PvSR2基因两个转录本的表达调控至少在转录和转录后水平进行，包括转录激活和多聚腺苷酸化位点的选择。PvSR2基因特殊表达模式代表着一个新颖的植物基因表达调控体系：两个截然不同的转录本利用两个不同启动子和选择性多聚腺苷酸化作用从同一个基因座中产生。本论文提供了一个功能性的重金属特异诱导启动子，它在通过转基因技术改良植物重金属抗性或富集能力方面具有潜在的应用价值，而且还为内含子在植物重金属诱导表达基因中的功能提供了新观点和证据。