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铁是植物生长和发育必需的基本元素，在多种细胞反应过程中扮演重要角色包括光合作用，呼吸作用，叶绿素合成及DNA合成等。在叶绿体中，铁是光合作用电子传递链的必需成分，是超氧化物歧化酶的辅助因子。因此铁稳态对于叶绿体及植物生长发育都是至关重要的。 本研究克隆了烟草NtPIC1基因，通过过表达及RNAi手段，研究了NtPIC1在烟草铁代谢中的作用。分析了转NtPIC1基因烟草对其他重金属的响应，尤其是NtPIC1-OX转基因烟草对于Cd胁迫的耐受性。主要研究结果如下: 1.利用RT-PCR技术克隆了烟草NtPIC1基因全长cDNA，NtPIC1定位在叶绿体膜上，Southern blot鉴定该基因在烟草基因组中为单拷贝基因。在根、茎、叶、花中均表达，经酵母铁缺失突变体fet3fet4功能互补实验证明，NtIC1具有铁转运功能。 2.构建了RNAi植物表达载体pRNAi-NtPIC1和过表达植物表达载体pBl121-NtPIC1。利用农杆菌介导转化方法，将NtPIC1基因导入烟草细胞核基因组中。通过PCR，qRT-PCR检测及Southern blot检测，获得NtPIC1-RNAi转基因植株和NtPIC1-OX过表达转基因植株。 3.NtPIC1-RNAi和NtPIC1-OX植株的叶绿体铁含量及叶绿素含量显示:NtPIC1-RNAi植株表现为失绿症，叶片白化，植株矮小，叶绿体铁含量缺乏、叶绿素含量下降并且叶片的叶绿体及其中的类囊体膜严重降解。而NtPIC1-OX植株的叶片呈现深绿色，与WT相比叶片含有高水平的叶绿素含量及叶绿体铁含量。NtPIC1-OX植株的叶绿体中类囊体紧实堆叠，其中还有很多光合作用产物淀粉颗粒。 4.通过qRT-PCR分析了NtPIC1-RNAi和NtPIC1-OX植株的铁代谢相关基因的表达量。结果表明与WT相比转基因植物(NtPIC1-RNAi和NtPIC1-OX)的铁转运基因，铁氧化胁迫基因，铁硫蛋白合成基因的表达量发生改变，说明NtPlC1影响了植物的铁稳态。 5.通过酿酒酵母野生型BY4741转化空载体pYES及转化基因pYES-NtPIC1，转化酵母在含有不同金属的培养基中培养，发现随着酵母稀释浓度的增加，与转空载体pYES相比，转pYES-NtPlC1酵母在含金属Ni，Cu，Co的培养基上长势更弱，说明转pYES-NtPIC1酵母对这些金属更加敏感，而在含重金属Cd的培养基上转pYES-NtPlC1酵母生长的更好，说明异源表达NtPIC1对重金属Cd有更强的耐受性。 6.Cd胁迫下，通过观察WT植株与NtPIC1-OX植株生长表型，发现NtPIC1-OX植株有更高的鲜重量及更长的主根，与WT植株相比，过表达植株的根长抑制率也更低。经过Cd胁迫，WT植株比NtPIC1-OX植株叶片更加黄化且植株矮小。测量地上及地下部分的铁和镉含量发现，NtPIC1-OX植株根部铁含量比WT植株低，但地上部分铁含量高于WT植株，说明NtPIC1-OX植株地下向地上的铁转运能力更强。而NtPIC1-OX植株的根部和地上部分Cd含量则显著少于WT植株。 7.qRT-PCR分析了在正常MS及Cd胁迫条件下NtPIC1-OX和WT植株中与金属转运相关基因的表达量。结果发现，在NtPIC1-OX植株中，地上部分铁转运基因NtPIC1，根部的NtNRAMP1和NFER1与WT植株相比显著上调表达，说明NtPIC1-OX植株地上部分的铁含量较高，可能依靠这些基因上调表达实现的。铁代谢相关基因NtFRO1，NtlRT1及NtZIP1，同时也是Cd转运体的这些基因，在NtPIC1-OX植株根部显著下调表达，说明NtPIC1-OX植株中Cd的吸收和累积量较少可能依赖于这些基因的下调表达实现的。 8.通过分析抗氧化指标测定结果发现，在正常培养基MS和含有Cd胁迫培养基的培养条件下，NtPIC1-OX植株的抗氧化酶SOD，POD，CAT活性均显著高于WT植株，而MDA含量显著低于WT植株。研究结果表明，在Cd的胁迫下，过表达NtPIC1是一种有效的方式来增加地上部分铁含量以提高Cd胁迫下植株抗氧化损伤的能力。