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铝(Aluminum,Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,通常情况下,铝以铝硅酸盐矿物和氧化物等固态的形式存在于土壤中。当土壤的p H值小于5时,铝以三价离子(Al3+)的形态溶解到土壤溶液中,当植物根部生长在此土壤环境中,铝离子会与细胞壁结合,抑制植物根部的生长和功能,阻碍水分及养分的吸收,进入细胞共质体,对植物根部形成毒害(沈仁芳,2008),酸性土壤中的铝毒害已经成为限制农业生产的一个主要因素。在长期对酸性环境的适应过程中,不同的植物进化出一系列铝抗性机制。STOP1(Sensitive to proton rhizotoxicity 1)是已经发现的拟南芥耐铝的一个重要转录因子,具有C2H2锌指结构。STOP1对低p H响应,突变体表现出铝敏感。本实验室前期通过拟南芥c DNA文库的酵母双杂交筛选,首次确定了一个STOP1的互作蛋白---Na KR1(Sodium Potassium Root Defective1)。Na KR1编码了一个由319个氨基酸组成的可溶性金属结合蛋白,在C端具有一个重金属结合域,在拟南芥韧皮部伴胞细胞中特异性表达。为了进一步确认拟南芥Na KR1与STOP1的互作关系,本实验将Na KR1与STOP1通过结构域分段,分别构建酵母表达AD和BD载体,进行酵母双杂,确定互作区域。由于Na KR1的T-DNA插入突变体并不具有基因功能缺失的特点,故将Na KR1构建在植物表达载体p EGAD-3×HA-LUC上。由于STOP1能够调控At ALMT1、At MATE、At ALS3等多个耐铝相关基因的表达,因此,本实验对Na KR1过表达拟南芥是否具有铝响应进行了探究,同时对8个植物铝胁迫相关基因的转录表达情况进行了研究,以图解析Na KR1与STOP1的互作关系。主要实验结果如下:1.通过酵母双杂实验,确定了Na KR1与STOP1的互作区域为各自的N端,即Na KR1的N端与STOP1的N端互作,均不包含二者的功能域,Na KR1没有自激活作用。2.Na KR1过表达拟南芥株系对低p H并不响应,但表现出铝敏感的特点。根长受到抑制,在萌发后2-3d最为明显,随着铝处理时间延长,根抑制情况得到缓解。苏木精染色实验发现,Na KR1过表达拟南芥根尖染色更深,而野生型拟南芥根尖基本不被染色。Na KR1过表达拟南芥的根部铝的大量积累是其铝敏感的原因之一;3.铝胁迫下,野生型拟南芥ALMT1的表达量在12h达到峰值后逐渐下降,而Na KR1过表达拟南芥植株则是在6h后持续保持在一个较高且稳定的水平,说明Na KR1过表达植株的铝毒害程度在处理时间内并未得到缓解;4.铝胁迫下,Na KR1过表达拟南芥在铝处理12h后STOP1表达量上调,相关耐铝基因ALS1,ALS3,STAR1也在12h后相继上调,表达趋势与STOP1一致。Na KR1过表达拟南芥的铝敏感表型可能与细胞壁的功能调节相关;5.FRD3的表达趋势在野生型与Na KR1过表达拟南芥植株间差别不大,说明Na KR1过表达拟南芥的铝敏感特性可能与铝离子向地上部分的转运无关;WRKY46的转录表达结果显示,野生型与Na KR1过表达拟南芥植株间差别不大,说明Na KR1过表达植株表现出的铝敏感症状,不涉及其他耐铝基因转录抑制子的作用。