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摘要全球30％的耕地是酸性土壤，并且随着过度耕作和过度使用氮肥，土壤正在进一步酸化。铝是酸性土壤限制植物生长和农作物产量的主要因素，铝毒主要作用于根尖过渡区，与细胞壁、细胞膜、细胞内靶点结合产生毒害。植物在长期适应酸性土壤过程中进化了多种应对铝毒的解毒机制，包括分泌有机酸和内部解铝毒机制。拟南芥主要通过AtALMT1(Al-activated malate transporter1)分泌苹果酸解铝毒。AtALMT1表达被铝毒诱导。抗铝毒转录因子STOP1(Sensitive to proton rhizotoxicity1)直接调控AtALMT1的表达，但是STOP1mRNA表达水平不受铝毒影响。因此STOP1可能在转录后水平受铝毒调控，从而影响下游基因AtALMT1的表达。此外，AtALMT1的表达还受低pH、ABA、H2O2和IAA等多种因素影响。为了研究AtALMT1的转录调控和STOP1的转录后调控机制，本文构建了AtALMT1启动子与萤火虫荧光素酶基因LUC融合的报告基因系，利用该材料进行EMS诱变来筛选影响LUC报告基因表达的突变体，并对突变体进行相关的表型和表达分析，接着利用其中一个突变体克隆目的基因并对其进行功能解析。此外，对该基因在水稻中的同源基因进行了初步的功能分析。具体结果如下:<br>　　(1)通过筛选报告基因系突变体库，获得10个报告基因LUC增强、5个减弱的突变体。其中8个LUC增强突变体在同一个基因上发生突变，将其命名为rae1(Regulator of AtALMT1Expression1);2个LUC减弱的突变体在STOP1保守位点发生突变;另外2个LUC减弱突变体rae2和rae3为新的突变体，这两个突变体表现对铝毒敏感，表达分析显示，包括AtALMT1在内的STOP1下游基因的表达在这两个突变体中都下调。<br>　　(2)rae1突变体中AtALMT1和其他受STOP1调控的基因表达在无铝和有铝情况下都上调，rae1分泌更多的苹果酸，铝在根上积累减少，对铝毒更耐。通过对rae1-1进行全基因组测序并结合分子标记连锁分析，克隆了RAE1基因。RAE1编码一个含F-box结构域和18个LRR重复结构的蛋白，这暗示该基因可能参与泛素化介导的蛋白降解过程。<br>　　(3)mRNA表达和GUS染色分析显示，RAE1在根、叶、茎、花和果英均有表达，主要在根系和各组织的维管束表达，并且RAE1在根中袁达受铝诱导上调。在stop1突变体中，RAE1的表达受到较大抑制。体外Pull-down、体内Co-IP以及烟草Split-LUC实验证明RAE1与STOP1互作，并且RAE1与STOP1在细胞核内共定位。rae1-1突变蛋白也能够与STOP1结合，表明rae1-1突变体并不是通过影响与STOP1互作而缺失功能。另外，研究STOP1蛋白的稳定性，发现STOP1无论在有和无铝环境都在被泛素蛋白酶体降解，加铝处理能够使STOP1蛋白更稳定，免疫沉淀结果显示STOP1会被泛素化修饰。RAE1蛋白与ASK家族蛋白组成SCF复合物。在rae1-1突变体中STOP1的蛋白积累增多，结合蛋白互作以及STOP1蛋白被降解的结果，证明STOP1蛋白在有和无铝条件下都被RAE1介导降解。<br>　　(4)拟南芥中RAE1存在一个同源基因RAL1。在ral1突变体中，AtALMT1表达上调:RAL1表达受铝诱导且受STOP1调控，RAL1在根的基部和根冠表达，而RAE1在根尖表达.表达部位不相同;RAL1定位于细胞核且与STOP1互作，RAL1对STOP1调控的具体机制还需要进一步研究。水稻中有两个RAE1的同源基因(OsRAE1.1和0sRAE1.2)，OsRAE1.1和OsRAE1.2的表达和RAE1相似均被铝诱导。突变体art1中OsRAE1.1表达下调一半，但与拟南芥不同的是art1中OsRAE1.1表达仍可以被诱导。OsRAE1.1能够与ART1互作。<br>　　综上所述，本研究通过采用AtALMT1启动子融合报告基因系的正向遗传筛选克隆了一个未报道的编码F-box结构域的基因RAE1，RAE1主要通过泛素化途径介导STOP1蛋白的降解，从而调控STOP1下游的一系列抗铝毒基因的表达和抗铝毒表型。<br>　　另外，本文还对细胞周期基因ATR(Ataxia telangiectasia and rad3related)在耐铝毒作用机制方面进行了探讨。之前的研究提示，ATR可能通过检测铝毒引起的DNA损伤从而抑制根的伸长。为了探究ATR介导的根长抑制机制是否适用所有的铝毒敏感突变体，构建了atr与star1、als3、atalmt1、stop1的双突变体并对它们进行抗铝毒表型生理分析，结果显示，atr突变能分别恢复star1和als3对铝毒敏感性，但不能恢复atalmt1和stop1对铝毒的敏感性。该结果提示，atr可以恢复内部铝毒中毒的突变体表型，但不能恢复外部铝毒中毒的突变体表型。