铝毒和低pH毒害是酸性土壤中限制植物生长和农作物产量的主要因素,它们能迅速抑制植物根系的伸长,破坏根细胞结构,限制植物对水分和营养物质的吸收,从而导致减产。在长期适应酸性土壤环境的过程中,植物进化出多种应对铝毒和低pH的解毒机制。拟南芥主要通过AtALMT1(Al-activated malate transporter 1)分泌苹果酸解铝毒。AtALMT1表达受铝毒和其他环境因子诱导,但其内在的表达调控机制尚不是很清楚。为了进一步研究AtALMT1的表达调控机制,本研究利用AtALMT1启动子与萤火虫荧光素酶基因LUC融合的报告基因系,通过EMS诱变后筛选出的两个荧光增强的突变体,分别进行表型观察和表达分析,在克隆得到目的基因后进行初步功能分析。具体结果如下:(1)通过LUC荧光变化筛选得到荧光增强突变体rae7,其内源AtALMT1的表达上调。加铝处理后,突变体rae7中AtALMT1的表达上调幅度更大,尤其是在地上部,但其对铝毒更敏感。通过全基因组混合池测序并结合dCAPS分子标记进行基因定位,最终克隆得到RAE7基因。RAE7编码一个细菌型ABC(ATP binding cassette)转运蛋白的核酸结合域AtSTAR1。已有的报道表明,AtSTAR1可与编码跨膜区域蛋白的基因ALS3(Al-sensitive3)共同参与拟南芥解铝毒机制。AtSTAR1和ALS3的突变都会导致AtALMT1的表达上调,在地上部中表达变化幅度更为显著。通过对其他铝毒敏感突变体中AtALMT1表达水平的检测发现,只有AtSTAR1和ALS3的突变才会改变AtALMT1的表达水平,说明该变化具有特异性。star1-1中铝积累量较野生型更高,尤其是在地上部。因此,我们推测AtSTAR1的突变可能通过改变拟南芥中的铝积累量来影响AtALMT1的表达。(2)通过LUC荧光检测系统观察到突变体rae8荧光增强,其内源AtALMT1的表达上调。铝耐性和pH耐性的实验结果显示rae8对低pH敏感。通过全基因组混合池测序及dCAPS分子标记进行基因定位,最终克隆得到目的基因RAE8。RAE8编码拟南芥AtCNX2蛋白,AtCNX2蛋白通过还原裂解与蛋白结合簇[4Fe-4S]结合的S-腺苷甲硫氨酸基团来催化蛋白或底物基团。该蛋白参与拟南芥中钼辅因子的合成,相辅因子与硝酸还原酶、醛脱氢酶等钼酶的活性相关。AtCNX2突变会导致硝酸还原酶和醛脱氩酶活性降低。在rae8中,与拟南芥硝态氮吸收利用的相关基因NIR1.1、NIR1和NIA2表达水平都发生了不同的变化。突变体rae8的地上部中,NRT1.1的表达水平下调,NIR1的表达水平无显著差异,而NLA2的表达是上调的;在地下部中,三个基因的表达水平均是显著上调的。这说明,AtCMY2突变不仅会影响硝酸还原酶活性,可能还会影响硝态氮在根系的吸收和硝酸还原酶的合成。综上所述,在拟南芥中,AtSTAR1的突变会显著改变AtALMT1在地上部的表达水平,该影响可能是通过改变铝积累量来实现的。AtCNX2可能通过控制钼辅因子的合成调控拟南芥对低pH的耐性。