重金属污染是严重的环境问题。植物修复就是利用植物吸收、富集以除去环境中的污染物尤其是重金属污染物或者将其转变成毒性较低的物质的过程，植物修复以其廉价、安全与环境友好的特点，给重金属环境污染的修复提供了新的途径。对植物耐受和富集重金属机制的研究表明在植物体内能够螯合重金属的蛋白质主要是金属硫蛋白(MTs)与植物螯合肽(PCs)。其中植物螯合肽的结构为(γ-Glu-Cys)n-Gly(n=2-11)，它不是基因的直接编码产物，而是以谷胱甘肽(GSH)为底物，在植物螯肽合成酶(PCS)的催化下合成的。PCS能够被金属离子激活，高度保守的N-端是催化结构域，而其C-端则是多变的。已经从很多植物、酵母以及动物与原核生物中克隆了PCS基因，并发现在原核生物和酵母中超量表达PCS基因可提高对重金属的抗性，但通过转基因植物研究得到的结论却不一致。　　 长喙田菁(Sesbania rostrata)是一种豆科植物，固氮能力强、生长速度快、生长周期短、生物量大。长喙田菁对重金属尤其是锌与镉具有一定的抗性，但对重金属的富集能力不强。为了研究长喙田菁的重金属抗性机理以及采用基因工程方法提高其重金属超富集能力，本论文对长喙田菁的植物螯合肽合成酶基因(SrPCS)的结构与功能进行了研究，取得以下结果:　　 通过克隆SrPCS的基因组DNA序列，并与已克隆的SrPCScDNA序列进行比较，证实该基因可通过选择性剪接产生4个mRNA(SrPCS1-4)。除了在SrPCS4的产生过程中有一个新的内含子，其两端是短的CTCC的重复序列外，其他内含子的两端都遵守GT-AG规则。这4个通过选择性剪接产生的mRNA的开放阅读框长度是不同的，其中SrPCS3最长，有1506 bp，SrPCS1有702 bp，而SrPCS2与SrPCS4只有534 bp；它们编码的蛋白质的长度分别是501、233、177及177个氨基酸。　　 SrPCSs在长喙田菁植株中的表达量很低，无法采用northern-blot方法进行检测。通过real-time PCR的分析发现，其中的SrPCS3主要在叶中表达，其表达量的高低与Cd2+的诱导有关，当用100μM Cd2+处理24小时其表达量略有增加，但用300μM Cd2+处理后其表达会显著降低。　　 通过氨基酸序列比较和Swiss-Model同源建模分析发现SrPCSs的N-端与其他植物PCS一样是高度保守的，其中SrPCS1与SrPCS3相同，在它们N-端具有Cys56、His162及Asp180三个保守氨基酸，这三个氨基酸对应于蓝细菌NsPCS中的Cys70、His183及.Asp201，可以组成类似于木瓜蛋白酶超家族中的半胱氨酸蛋白酶的三联体催化结构域，但SrPCS2与SrPCS4只含有这三个氨基酸中的Cys56。　　 本研究在大肠杆菌中表达并纯化获得了重组SrPCS1-4融合蛋白，以GSH作为底物分析了融合蛋白的催化活性，发现融合蛋白SrPCS1与SrPCS3具有酶活性，并且SrPCS3的催化活性高于SrPCS1，但SrPCS2及SrPCS4没有催化活性。　　 通过在酵母中的表达进一步比较分析了SrPCS1-4的PCS活性。研究结果表明表达.SrPCS1与SrPCS3的酵母显著提高了对Cd2+的抗性，但对其他重金属(Zn2+、Cu2+及pb2+)的抗性则没有改变，并且表达SrPCS3的酵母对Cd2+的抗性高于表达SrPCS1的酵母；而表达SrPCS2及SrPCS4的酵母不能够提高对重金属的抗性。　　 获得了超量表达SrPCS1-4的转基因烟草，Cd2+抗性初步分析表明SrPCS1与SrPCS3的超量表达可以提高转基因烟草对Cdz+的抗性，但不能够增加植物对Cd2+的富集能力；而表达SrPCS2及SrPCS4的转基因烟草对Cd2+的抗性没有改变。