中文摘要：

镁离子在植物生长发育中起重要作用。通过细菌或酵母突变体系统，已经鉴定出两类可能的镁离子转运蛋白（AtMHX和AtMGTs），但它们在植物体内是否介导镁离子吸收或转运尚未得到证实。申请人对AtMGT和AtMHX成员的表达模式进行分析，发现只有AtMGT6的表达在根部受缺镁胁迫的诱导；且AtMGT6的两类RNAi转基因植株(MGT6-RNAi(C) (组成型),MGT6-RNAi(I)(诱导型))都对缺镁敏感，表现为黄化和生长迟滞；AtMGT6定位在质膜上且在根尖表达，暗示AtMGT6与植物镁离子吸收密切相关。本项目将从生理、细胞和遗传的途径研究MGT6-RNAi表型、AtMGT6表达与植株中镁离子含量及镁离子吸收活性之间的关联性，并探讨镁运输活性的遗传调控因素。研究结果将揭示AtMGT6在植物体内吸收与转运镁离子的作用，从而为阐明植物细胞中镁离子吸收与转运的复杂调控机制打下基础。

结论摘要：

Mg2+是植物细胞中含量最丰富的二价阳离子，在植物生长发育过程中起重要作用。迄今为止，镁离子的转运机制在细菌中得到了较详细的阐释。然而，在植物中有的分子机理的研究很少。植物中已鉴定出两类可能的Mg2+运输基因家族AtMGTs/AtMRS2与AtMHX。通过对突变体的系统筛查，我们发现MGT6的RNAi转基因植株在低镁条件下生长迟滞，暗示该基因与植物吸收或运输Mg2+的关联性。对MGT6的Mg2+转运活性进行了较为系统研究，获得结果如下功能互补研究显示，在亚毫摩尔级Mg2+水平下，MGT6能互补缺失Mg2+转运活性的MM281细菌突变株。再以同位素63Ni2+为示踪物，对MGT6在MM281中的Mg2+转运活性作进一步分析，证明MGT6为一低亲和性Mg2+转运蛋白。构建了MGT6组成型干扰（MGT6-RNAi(C)）和诱导型干扰（MGT6-RNAi(I)）的转基因植株，发现这两种RNAi转基因植株都对低镁敏感，出现植株矮小、根部变短等生长迟滞的表型。有低镁表型的MGT6-RNAi转基因植株在复镁的情况下都能恢复正常生长, 表明MGT6的两种RNAi转基因植株的低镁表型是由于MGT6表达被有效抑制所致。 测定MGT6-RNAi转基因植株中Mg2+含量发现，在低镁浓度下（50μM Mg2+），MGT6-RNAi植株中的Mg2+含量比野生型中降低55%左右；在高镁浓度下（3mM Mg2+），MGT6-RNAi植株与野生型植株中的Mg2+含量无明显差别。 低镁环境条件下，MGT6的表达在野生型拟南芥根部受到强烈的诱导，且诱导12小时左右，其表达水平达到顶峰，随后慢慢下降。GUS显色显示，在低镁条件下，ProMGT6::GUS植株的根尖的颜色加深，且显色范围扩大，从维管束、内皮层、皮层扩大，直到表皮、根毛，显示MGT6基因在根尖的表达受到低镁的诱导。 亚细胞定位显示MGT6定位于细胞质膜上。MGT6在植物中吸收Mg2+的Km值为326μM，Vmax为55.25 mg kg-1 hr-1；63Ni2+同位素示踪测定MGT6在植物中吸收Mg2+的Km值为467μM，Vmax为74.07 mg kg-1 hr-1。 综上所述，MGT6 在植物生长发育中负责低镁环境中Mg2+的吸收，从而揭示了植物适应低镁环境的一种分子机制。