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锰（Mn）是一种植物生长发育所必需的微量元素,可作为多种金属酶的组成成分,例如在线粒体中作为超氧化物歧化酶的辅因子参与抗氧化作用;在叶绿体中作为光系统Ⅱ（PSⅡ）放氧复合物的核心原子参与水的光解。除此之外,Mn还可以作为许多酶的活化剂参与细胞内的代谢作用,例如DNA的合成、糖代谢以及蛋白质的修饰等。Mn在细胞内的区域化分布依赖于细胞膜以及各个细胞器上的多种Mn2+转运体来实现。本实验室的前期研究结果揭示了一个定位于叶绿体内膜的Mn2+转运体CMT1的功能,该蛋白属于一个进化保守具有阳离子转运功能的蛋白家族UPF0016（Uncharacterized protein family 0016）。该家族在拟南芥中共有 5 个成员,我们推测其它成员也可能具有Mn2+转运功能,因此我们对该家族中的基因At5g36290编码的蛋白进行了功能研究,并根据其亚细胞定位以及功能将其命名为GMT1（Golgi Manganese Transporter 11）。本论文利用遗传学方法、分子生物学方法以及组织化学染色、离子组学、酵母互补等实验技术对拟南芥GMT1基因的功能进行初步研究,所得的主要研究结果如下:（1）缺锰条件下,GMT1影响植株的生长发育首先,本论文获得了 GMT1基因的T-DNA插入突变体CS320336和SALK097998,并分别命名为gmt1-1和gmt1-2。RT-PCR结果表明gmt1-1突变体中没有GMT1的表达,为完全敲除突变体;gmt1-2突变体仍有部分GMT1的表达,但表达量少于野生型植株,为不完全敲除突变体。在对突变体进行表型筛选的过程中,我们发现在正常MS培养基中,突变体gmt1-1和gmt1-2与野生型无明显差别,但在缺锰条件下,突变体gmt1-1和gmt1-2均表现出叶片卷曲、皱缩地上部分明显变小等表型,在培养基中逐渐增加Mn2+的浓度,突变体的表型逐渐恢复。为验证该表型的出现是由于GMT1的缺失引起,我们构建了35S::GMT1-GFP融合载体并转入到农杆菌GV3101中,采用花序浸染法获得gmt135S:AtGMT1过表达植株。过表达植株在缺锰条件下能够完全回补突变体的表型,证明上述表型确实是由基因GMT1缺失引起的。（2）GMT1定位于顺式高尔基体本论文利用GMT1与绿色荧光蛋白GFP构建融合表达载体GMT1-GFP并瞬时转染拟南芥叶肉细胞的原生质体,发现GMT1在细胞中呈现点状分布,我们初步推测其可能定位于内膜系统;随后我们将GMT1-GFP与含有mCherry或RFP荧光蛋白的定位于不同内膜系统的标记蛋白进行共定位分析,发现GMT1的绿色荧光信号与定位于顺式高尔基体（cis-Golgi）的MAN1的红色荧光信号重合,而不与定位于反式高尔基体网络（TGN）的SYP61或定位于液泡前体（PVC）的VSR2重合,因此证明GMT1定位于顺式高尔基体上。（3）GMT1在酵母中具有Mn2+转运活性本论文利用Mn2+吸收缺陷型酵母突变株Δsmf1进行生长回补,发现不含信号肽的GMT1能完全恢复Δsmf1在低锰环境下生长缺陷的表型,并且液体生长曲线实验与平板实验结果一致。利用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分别对含有空载体（pYES2）与不含信号肽形式的GMT1（ΔN25GMT1）酵母菌株进行离子组分析,结果发现在锰充足以及锰缺乏的条件下,表达了 ΔN25GMT1的酵母菌株中Mn2+含量均显著高于含pYES2的酵母菌株。这些结果表明GMT1在酵母中具有Mn2+转运活性。综上所述,本论文在拟南芥中鉴定到一个位于顺式高尔基体的Mn2+转运体GMT1,缺锰条件下突变体会出现叶片卷曲、皱缩、地上部明显变小等表型,该表型可以被外源Mn2+回补,且体外表达的GMT1也具有Mn2+转运活性。本论文对GMT1功能的初步研究,为培育Mn高效利用作物以及植物产量的提高提供了理论基础和实践依据。