随着现代工农业的快速发展和矿产资源的开发利用,生态环境,特别是水生环境中的重金属污染日益严重。目前,重金属对藻类的毒性已成为污染生态学的研究热点之一。在各种金属中,铜（Cu）和镉（Cd）较为常见,很容易在许多海洋生物中积累,为应优先关注的污染物。褐藻（Phaeophyta）具有重要的经济价值,巨藻（Macrocystis pyrifera）作为其中较为常见的一种分布较广泛,暴露在各种环境条件下,能够适应各种非生物和生物胁迫。研究表明,植物谷胱甘肽S转移酶（GST）基因表达量的上升和酶活的增加都与其重金属耐受性的提高呈正相关,说明GSTs在提高植物重金属耐受性方面发挥了重要作用。因此,我们选取了巨藻的GST基因来进行研究,通过克隆巨藻的GST基因,将其构建到细长聚球藻（Synechococcus elongatus PCC 7942）的表达载体中并在细长聚球藻中表达,旨在研究巨藻GST在重金属离子耐受中所发挥的作用。谷胱甘肽S转移酶（GST）是一个比较大的基因家族,在生物体生长发育和对环境变化响应中发挥重要的调控作用。本研究从巨藻配子体中克隆了6个完整的GST基因（mpgst1、mpgst2、mpgst3、mpgst4、mpgst5和mpgst6）。生物信息学分析表明,这6个基因分别编码了202、216、288、201、205和201个氨基酸。系统发育和结构域分析表明,mpgst3与克隆的其他GST基因不同,MPGST3属于Ure2p型GST蛋白,而巨藻的其他GST属于可溶性GST家族,与其他大型藻类的GST形成独立的分支,表明在大型藻类进化过程中形成了新的GST类型。为了探讨巨藻GST基因在重金属耐受方面的作用,我们用实时定量PCR对6条mpgsts的表达情况进行了研究。当对巨藻进行2.5 mg/L Cu2+胁迫后,巨藻的GST基因表达均上调,mpgst3表达量最高,且都呈现出一种短期表达的现象,我们推测这可能是巨藻缓冲急性铜过量的适应机制。当用不同浓度的Cd2+对巨藻进行胁迫处理时,其GST基因表达均下调。随后将6个巨藻GST基因分别转化至细长聚球藻中,通过提取细长聚球藻转化株基因组DNA为模板进行PCR扩增及测定转化株GST酶活对异源表达情况进行验证,结果显示6个巨藻GST基因都分别成功整合到细长聚球藻的基因组中。多孔板实验结果显示,所有细长聚球藻转化株（MG1-MG6）都具有耐铜性,但是只有含mpgst1,mpgst4和mpgst6的转化株（MG1、MG4、MG6）具有耐镉性。这表明,部分mpgsts的耐镉性在巨藻中难以体现而在细长聚球藻中得以表现出来。将所有细长聚球藻转化株进行0.3 mg/L Cu2+胁迫,将转化株MG1、MG4、MG6进行0.2 mg/L Cd2+胁迫。结果显示,两种胁迫下细长聚球藻转化株的生长、光合色素含量和叶绿素荧光参数Fv/Fm值均明显高于对照的野生株。这些结果说明巨藻GST基因提高了细长聚球藻对重金属的耐受性,且不同的mpgsts由于其类型、功能的差异,在各种生理指标的检测过程中表现出的抗性有所不同。本研究结果为进一步研究巨藻GST基因的抗重金属胁迫功能奠定了理论基础。