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镉（cadmium,Cd）是一种广泛应用于工业和普遍存在于自然界（水、空气、土壤）的重金属元素,也是食品污染物和致癌物之一,Cd污染不仅会影响植物的生长发育和产量,还可通过食物链或直接暴露进入机体,对机体的健康造成危害甚至诱发癌症。目前,多数Cd毒理研究集中于Cd对生物体损伤方式及机制上,其中着重关注Cd诱导的DNA损伤及细胞周期阻滞。但是,在DNA损伤修复（DNA damage repair,DDR）和DNA错配修复（DNA mismatch repair,MMR）对Cd胁迫的响应机制上却研究较少。而且,DNA MMR系统中MLH1、MSH2和MSH6是否参与Cd胁迫下DNA损伤诱导的G2期阻滞调控,目前在国内外还没有相关的报道。因此,本研究选取拟南芥（Arabidopsis thaliana）和大豆（Glycine max）为供试植物,通过对Cd胁迫下拟南芥DNA损伤、细胞周期阻滞及相关基因表达的变化的研究,明确植物MMR系统对Cd胁迫的响应机制。在大豆中利用同源基因进行MMR系统对Cd胁迫的响应机制的对比研究,发现大豆同样存在该毒理机制,利用此差异可以为Cd敏感型和抗性大豆的品种选育提供新的科学理论依据,为分子标记辅助育种提供新的途径,同时,为在中、轻度污染的农田从事安全食品生产品种选择提供参考依据。拟南芥采用0.5×MS液体培养液,Cd浓度为0-4.0mg·L-1培养5d,大豆采用培养皿里铺有双层滤纸,Cd浓度设为0-2.5 mg·L-1处理4d,对拟南芥和大豆种子的发芽率、幼苗鲜重和根长进行测定分析,通过流式细胞仪（FCM）和实时荧光定量PCR方法分析了Cd胁迫下对拟南芥和大豆幼苗根尖中细胞周期G2/M期阻滞的变化趋势、DNA损伤修复基因及G2/M期转换相关基因转录表达水平的变化,通过RAPD图谱分析DNA损伤的多态性情况。主要研究结果如下:1.Cd胁迫对拟南芥生长发育的影响Cd胁迫对拟南芥WT、mlh1-、msh2-和msh6-deficient的发芽率没有显著差异;WT的鲜重和根长均表现为低浓度时增加,高浓度时减少,mlh1-、msh2-和msh6-deficient的鲜重和根长则是一直降低,在4.0 mg·L-1Cd时鲜重仅为对照的60%左右,根长是对照的30%-50%。2.Cd胁迫对拟南芥WT、mlh1-、msh2-和msh6-deficient中DNA损伤、细胞周期阻滞及相关基因表达的影响低浓度Cd就能够诱导DNA损伤,造成基因组的不稳定性,WT、msh2-和msh6-deficient之间DNA损伤的条带数在1.25-4.0mg L-1Cd不同浓度处理下没有显著差异,在2.5mg·L-1Cd时和mlh1-deficient之间有差异。Cd胁迫诱导WT、mlh1-、msh2-和msh6-deficient幼苗根尖细胞周期阻滞在G2/M期,与G2/M期调控相关的基因表达异常,其中DNA错配修复基因MLH1、MSH2和MSH6转录水平显著降低,DNA损伤检验点基因ATM、ATR、SOG1和DNA损伤修复基因BRCA1、RAD51、KU70和MRE11的表达量呈典型的倒U型,G2/M期标志性基因WEE1、CYCD4;1、MAD2、CDKA;1、CYCB1;2和CYCB1;1的表达量呈现下降或者倒U型变化。与WT的对照相比,mlh1-、msh2-和msh6-deficient的错配修复基因MLH1、MSH2、MSH6和DNA损伤修复基因BRCA1、RAD51、KU70和MRE11的表达量均显著下调,DNA损伤检验点基因ATM、ATR、SOG1和CYCB1;2的表达量均上调,G2/M期标志性基因WEE1、CYCD4;1、MAD2、CDKA;1和CYCB1;1的表达量则均表现为下降;此外,Cd胁迫能够激发msh2-和msh6-deficient幼苗根尖细胞核内复制。3.筛选对Cd耐性不同的大豆品种经不同Cd浓度处理后,筛选出2个对Cd耐性不同的大豆品种,即对Cd敏感的为辽豆10号,对Cd钝感的为沈农豆20。敏感型-辽豆10号可以作为从事食品安全生产的品种研究,钝感型-沈农豆20可以作为土壤Cd污染的植物修复品种研究。4.Cd胁迫对辽豆10号和沈农豆20的DNA损伤、细胞周期阻滞及相关基因表达的影响DNA多态性RAPD图谱显示沈农豆20较辽豆10号幼苗根尖细胞DNA损伤大,推测这可能是由基因型差异引起的,沈农豆20的细胞内可能存在跨损伤复制机制（TLS）,这一机制是跨过DNA损伤的G1/S期检验点,以损伤的DNA为模板进行复制,诱发DNA损伤级联反应,因此,沈农豆20较辽豆10号DNA损伤的多态性条带数增加。Cd胁迫诱导辽豆10号根尖细胞周期阻滞在G1/S期,沈农豆20则是阻滞在G2/M期。辽豆10号的DNA错配修复基因MLH1、MSH2和MSH6的表达量显著降低,RAD51、MRE11、E2Fa基因和细胞周期蛋白依赖激酶CDK-A的表达量呈典型的倒U型;沈农豆20的DNA错配修复基因MLH1和MSH6的表达量显著降低,MSH2基因的表达量呈倒U型,DNA损伤修复基因MRE11和G2/M期标志性基因WEE1、CYCB1;1的表达量均呈倒U型,与辽豆10号对照组相比,基因PCNA1、E2Fa、RAD51、MER11的表达量均表现为增加。综上所述,MMR系统的组成部分中MSH2和MSH6蛋白参与了大豆幼苗根尖Cd胁迫诱导的G2期阻滞,可以作为Cd诱导DNA损伤的直接传感器。MSH2和MSH6蛋白的表达量与Cd浓度呈明显的倒U型剂量-效应关系,通过MSH2和MSH6蛋白表达量的差异,我们可以快速鉴定出大豆品种间对Cd的敏感性和耐性,对大豆种质资源进行鉴定筛选,并辅助分子育种,可以为在中、轻度镉污染的区域从事安全食品生产合理选择品种提供参考依据,同时,也为后续敏感低积累品种选育及生理、表观研究等提供可靠的理论基础。