第一部分番茄品种间低铁耐受性差异的生理及分子机制分析　　 铁是所有生物正常生长发育所必需的营养元素之一,体内铁过多或者太少都会引起生长发育受阻,严重缺铁可导致缺铁性死亡。在长期的生物进化中,植物形成了两种独特的铁高效吸收机制,即机理Ⅰ(strategyⅠ)和机理Ⅱ(strategyⅡ)。　　 番茄属机理Ⅰ植物,是研究铁营养分子生物学的模式植物之一。番茄中许多参与铁吸收,转运及其调控的基因都已克隆。三价铁螯合物还原酶LeFRO1负责将土壤中的三价铁还原为二价铁,再由LeIRT1转运蛋白将二价铁转运至植物体内。本研究在16个番茄品种中鉴定到LeFRO1的三种不同氨基酸组成类型,分别命名为Alisa、Moneymaker(Mm)和Monita型。在这三种类型LeFRO1中共有五个氨基酸多态位点,分别位于21、24、112、195和582号氨基酸残基。酵母细胞异源表达的酶活性测定结果显示Alisa型的LeFRO1的铁还原酶活性最高,Mm型次之,Monita型的最低。以Mm型为标准,根据三种类型LeFRO1的差异位点,构建一系列诱变的LeFRO1蛋白,通过酵母表达体系,分析了这三种LeFRO1氨基酸序列中各个多态性位点对还原酶活性的影响。发现LeFRO1的24号氨基酸残基由Thr变为Ile会导致还原酶活性的显著下降,21号氨基酸残基由Leu变为Phe或者582号氨基酸残基由Asn变为Lys都可以抑制24号氨基酸残基改变对还原酶活性的负效应；另一方面24号氨基酸不变的情况下,分别或同时诱变21和582号氨基酸残基都不能引起还原酶活性的明显变化,说明LeFRO1的21号、24号和582号氨基酸残基之间存在相互作用,并且这种作用以24号氨基酸残基为中心。另外,112号氨基酸由Ala变为Thr也会引起还原酶活性的明显下降,说明112号氨基酸残基也是影响还原酶活性的重要位点。　　 低铁耐受性是在生理和分子水平上受多个因素影响的一个综合指标。对16个番茄品种的低铁耐受性分析表明Alisa、T3238、Fireball、ChicoⅢ、Dahuang156和LA642为低铁敏感型；BB、FF、Hero、LA1197、Mm和Monita为耐低铁型:而Auriga、LA1022、LA2939和Realstar的低铁耐受性处于中间水平。本研究对番茄品种间LeFRO1的三价铁螯合物还原酶活性、铁吸收相关基因的表达、根部还原酶活性、低铁与正常条件下根冠比的比值、生长势和根部铁含量等一系列影响番茄低铁耐受性的因素进行了分析。在这些因素中,三价铁螯合物还原酶活性、铁吸收相关基因的表达、根部还原酶活性和根部铁含量这四个指标的值越高越有利于提高低铁耐受性。而低铁与正常条件下根冠比的比值和生长势这两个指标具有因和果的双重特性,不能简单的讨论它们对低铁耐受性有正或负的效应,需要联系植株的铁营养水平来分析。单个品种中表现优秀的指标越多,品种的低铁耐受性越强,反之则低铁耐受性越差。虽然各因素对番茄低铁耐受性都具有一定影响,实验数据表明正常条件下番茄根部铁含量是主要的影响因素,在外界环境中铁含量很低的情况下,储存于根部铁的活化和利用,对维持番茄植株的正常生长起到了比其它因素更重要的作用。　　 第二部分 拟南芥1A-15-3突变体的基因克隆和功能研究　　 油菜是一种重要的经济作物。模式植物拟南芥与油菜同科,研究其产量和品质相关的基因和性状可以为油菜的育种工作提供有力参考和基因资源。　　 通过对EMS突变体库的筛选,发现了一个与产量和品质性状有关的单基因隐性突变体1A-15-3。苗期的1A-15-3突变体出现簇生茎生叶和簇生荚果,成熟植株的株高比野生型矮,生长周期比野生型长四周左右,突变体的籽粒体积明显大于野生型,千粒重为野生型的1.6倍,株粒重为野生型的1.3倍。　　 通过遗传精细作图分析将1A-15-3的突变基因定位在拟南芥五号染色体的短臂前端分子标记T7H20C和T7H20H之间。对该区段所有基因的测序和序列比对显示,At5g02030(PENNYWISE,PNY)上发生了一个G-A的单碱基替换。1A-15-3和PNY的T-DNA插入突变体pny1在许多性状上表现出共同特点,如都具有簇生的荚果和簇生的茎生叶,生活周期延长,茎的发育不正常等。1A-15-3和pny1的等位杂交实验实验证明1A-15-3的突变基因与PNY基因为一对等位基因。1A-15-3的互补实验结果显示,互补株系在株型,株粒重和籽粒大小等表型上均恢复野生型表型,表明PNY能够功能互补1A-15-3突变体的缺失功能,从而证明PNY确为1A-15-3的突变基因。　　 前人的研究表明PNY基因编码BEL1-like(BELL)homeodomain protein与KNOTTED1-like homeobox(KNOX)家族的BREVIPEDICELLUS(BP)相互作用,参与茎和荚果的发育。本研究发现了PNY基因参与种子发育调控新功能。PNY启动子-GUS株系的GUS活性检测证明,PNY在发育早期的种子中表达,且RT-PCR结果显示PNY负调控脂肪酸合成相关基因(LEC1,LEC2,CAC2等)的表达,PNY基因的突变导致1A-15-3种子脂肪酸含量的提高；另外,PNY还参与控制种子细胞数目,1A-15-3中PNY的突变导致突变体种子的细胞数目增加,从而使种子显著大于野生型。