锰作为植物的必需元素,在植物的生长和发育过程中扮演极其重要的角色。它直接参与光合作用,影响酶的活性,并作为多种酶的活化剂参与蛋白质和脂类的代谢。锰在土壤中有很活跃的化学性质,土壤pH值对土壤中有效锰的数量影响很大。目前在全球的石灰性土壤上,缺锰问题成为仅次于缺铁的一个重要问题。相较于其他金属离子,锰相关转运途径在分子水平上的研究不够深入,已经被报道的蛋白家族包括NRAMP家族、ZIP家族、CDF家族、P-typeATPases以及阳离子/H+逆向转运蛋白。其中NRAMP家族中的NRAMP1是对锰高亲和的蛋白,在拟南芥缺锰条件下的锰吸收过程中扮演重要角色。为了更好的理解植物对锰吸收利用机制,本研究通过建立以nrampl为背景的突变体库,以缺锰作为条件筛选新叶黄化的植株,然后对其中一个缺锰黄化突变体myl2/+nramp1作进一步生理表型分析和基因克隆,主要研究结果如下:(1)本研究通过EMS诱变nramp1建立突变体库,在缺锰的条件下筛选具有锰吸收利用缺陷的黄化植株,并在锰充足的条件下观察其表型的恢复情况。经过筛选及M3代的表型验证,确认5个新叶黄化的突变体株系myl2/+nramp1-myl6nramp1。其中myl3nramp1、myl4nramp1的黄化表型在加锰时不能完全恢复;而myl2/+nrampl、myl5nramp1、myl6nrampl的黄化表型在加锰时可以完全恢复。(2)培养基条件下,myl2/+nramp1在缺锰时表现出白化,新叶黄化和正常三种表型,其中新叶黄化的表型在添加2 μMMnSO4时恢复,而白化苗的表型不能通过加锰得到恢复。分别在缺锰和加锰的水培条件下处理Col、nrampl和my12/+nrampl,得到的表型与培养基条件下一致,测定其新叶、老叶和根的锰、锌、铁、铜的含量发现,myl2/+nramp1在锰、锌、铁、铜的吸收上与nramp1无差异。分析这三个材料新叶的SPAD值发现,缺锰条件下,myl2/+nrampl新叶的SPAD值仅为其他两个材料的1/2,而加锰条件下材料间无差异。收集缺锰和加锰培养基上Col、nrampl和和myl2/+nramp1的新叶叶片,在透射电镜下观察其叶绿体结构的变化发现,myl2/+nramp1在缺锰条件下叶绿体发育不完全。(3)研究其他二价金属离子对myl2/+nramp1表型的影响发现,在10-40 μMFerrozine条件下没有发现myl2/+nrampl和nramp1、Col有表型上的差异。分别在缺铁和加铁的水培条件下处理Col、nramp1、myl2/+nramp1,表型无明显差异;测定其叶片和根的铁、锰、锌的含量发现,在铁、锰、锌的吸收上也没有明显的差异。在不同浓度的缺锌和加镉的培养基上,myl2/+nramp1的根长、叶色和长势都与nramp1、Col无明显差异。(4)myl2/+nramp1在缺锰条件下出现三种表型分离,其分离比符合1:2:1,说明该突变体表型受一个不完全显性的基因控制。根据全基因组测序结果开发dCAPS标记对目的基因进行定位,最终将其定位到第5染色体长臂上的一个基因上——MYL2编码金属-β-内酰胺酶蛋白家族的一员,它在叶绿体的发育中有重要的作用。综合以上结果,MYL2不参与锰和其他二价阳离子的吸收和转运,该基因的突变特异影响锰在叶绿体中的利用。MYL2编码一个定位于叶绿体的金属-β-内酰胺酶蛋白家族成员,该基因如何参与锰在叶绿体中的利用还需进一步研究。