重金属污染已成为影响居民生活健康的不可忽视的问题,植物修复技术用于进行重金属污染修复已被广泛接受。植物修复技术研究包含两大重要内容：植物超积累机理研究,以及将已知机理用于实际污染修复的可行性评估。前者主要研究超积累植物对重金属污染物的吸收、转运及转化等的生理生化过程和分子机理,如克隆相关基因并研究其在超积累过程中的功能；而后者则多倾向于将前者所得成果与实际应用相结合,如利用已知功能基因构建新的转基因植物以研究植物修复的可行性等。本研究即是从这两方面入手,分为两部分,前半部分克隆得到了超积累植物遏蓝菜中TcOPT3基因,并对其在重金属转运上的功能做了分析。而后半部分则着眼于转柠檬酸合酶基因烟草对铅抗性的改变,并探讨了造成差异的可能机理。遏蓝菜是一种不仅对重金属具有超强耐性而且能够在地上部积累很高水平重金属的超积累植物。因此,研究金属长距离运输过程中起作用的相关因子,对于理解重金属的超积累过程非常重要。本研究以拟南芥AtOPT3基因为模板设计引物,经RACE-PCR克隆得到遏蓝菜中的TcOPT3基因。转录分析表明,TcOPT3主要在地上部(茎,叶)表达强烈。而原位杂交实验结果表明,TcOPT3主要在根、茎、叶的维管组织中表达,尤其是中柱鞘细胞中表达强烈,暗示了其在长距离运输中可能起到的作用。洋葱亚细胞定位结果证明TcOPT3是定位在细胞质膜上的。在缺铁和缺锌诱导下,TcOPT3的表达会上调,这种现象在地上部(茎,叶)更为突出。将TcOPT3在酵母突变株中异源表达,能够回复锌缺陷酵母突变株zrt1zrt2ZHY3(MATa ade6can1his3leu2trp1ura3zrt1::LEU2zrt::HIS3)和铁缺陷突变株fet3fet4DEY1453(MATα trp1ura3Δfet3::LEU2Δfet4::HIS3)在低Zn低Fe培养基上的生长。此外,将TcOPT3转入野生型酵母中进行重金属耐性实验发现,转基因株系能够提高对Fe, Zn, Cu(?)(?)Cd的积累,但是同时对Cu和Cd的敏感性也相应增加。这一部分的研究克隆了遏蓝菜上的一个OPT家族成员TcOPT3,它能够转运Fe, Zn, Cu和Cd,同时根据其表达部位,推测其可能参与了重金属的长距离运输过程。植物体内存在着大量的柠檬酸,能够在体外与重金属形成复合物,是潜在的螯合剂,对重金属解毒具有一定作用。将水稻(Orvza sativa L.)中的柠檬酸合酶基因OsCS1在烟草(Nicotiana tabacum)中进行过表达,筛选出表达最强的株系CS42。在琼脂培养基和水培介质中,CS4表现出增强的对重金属铅(Pb)的抗性。分析表明,转基因株系CS42与空载对照株系EV30相比,有较高的CS活性(不受Pb处理与否影响),并且其根部能够分泌更多的柠檬酸盐,暗示了柠檬酸分泌与Pb耐性的关系。外源添加柠檬酸,能够提高野生型烟草对铅的抗性。而在水培实验中,培养时在水培系统,CS42中Pb在根部的含量相对于EV30减少,地上的含量增多。因此,Pb的转运效率提高。此外,与此对应的,CS42中伤流液中Pb的含量是EV30的2.7倍。因此认为,柠檬酸合酶基因的过表达,能够提高植物对铅的抗性,增加根系柠檬酸的分泌和根由根部向地上部的转运。这些信息可能对于转基因植物用于重金属Pb修复有所帮助。