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酸性土壤占世界耕地面积的30％以上，而铝毒是酸性土壤中限制作物生长最主要的因素。大量研究表明，铝可以与细胞壁、细胞膜、细胞内组分等多个位点进行相互作用，但是铝与哪些位点作用是导致铝毒害最主要的原因目前还存在争议。之前的研究发现，ATR基因的突变可以增强对铝毒的抗性，并且能够挽救als3突变体对铝毒的敏感性。ATR的主要功能是负责监测DNA单链和复制叉损伤，然后通过激活细胞周期开关机制来阻碍细胞周期进入下一个阶段，从而让细胞有时间对损伤DNA进行修复，保证基因组的完整性。在atr突变体中由于不对铝毒产生的DNA损伤进行应激反应，细胞分裂和根生长不受抑制，从而导致突变体更抗铝毒。同时该研究结果也认为，铝引起的DNA损伤是铝毒害的主要机制，但是该假说并不能充分解析之前的其它铝毒害现象和机制。 为了进一步探究atr的抗铝毒机制，本研究选取了5个对铝毒敏感的突变体als3、star1、stop1、almt1、als1，分别与atr突变体进行杂交构建双突变体材料，然后分析各双突变体的抗铝毒表型，揭示atr与各铝毒敏感突变体在遗传上的上下游关系，并探明atr在挽救铝毒敏感突变体表型上的作用机制，主要结果如下: (1)基于根生长的抗铝毒表型实验揭示atr不仅能恢复als3对铝毒的抗性，而且能恢复star1对铝毒的抗性。Evans blue染色表明双突变体的细胞质膜损伤程度降低，证明atr能够恢复对als3、star1对铝毒的抗性。但是通过对双突变体star1 atr中铝含量的测量发现，细胞内的铝积累并没有减少，而且荧、光定量PCR表明star1atr中抗铝毒基因的表达也与野生型无异，表明atr并不通过主动排铝或者上调抗铝毒机制来恢复als3、star1对铝毒的抗性。因为atr的修复作用对als3和star1都起作用,star1 als3双突变体与star1、als3单突变体对铝毒的敏感性一样，并没有表现累加效应，atr能将双突变体star1 als3对铝毒的抗性恢复到野生型水平，进一步间接验证了ALS3和STAR1可以相互作用，而且位于同一个通路上。 (2)通过测量相对根长实验发现在加铝条件下almt1atr、stop1atr根长与单突变体almt1、stop1无异，说明atr不能恢复almt1、stop1对铝毒的抗性。Evans blue染色揭示双突变体almt1atr、stop1atr的细胞质膜损伤程度较大，与almt1、stop1相比没有丝毫减轻，这也佐证了atr不能挽救almt1、stop1对铝毒的敏感性的结论。采用 ICP-MS对各材料的铝含量进行测定，发现双突变体almt1atr、stop1atr与相应单突变体almt1、stop1中铝含量没有差异，这与atr不能改变almt1、stop1的铝毒敏感表型一致。ALMT1主要通过转运苹果酸到细胞外进行螯合和解除铝毒，而STOP1主要通过调控ALMT1的表达来介导对铝毒的抗性，因此ALMT1和STOP1主要采用外部解铝毒机制进行抗铝毒。atr不能恢复almt1、stop1对铝毒的抗性提示atr对外部解铝毒机制缺陷的植株不能恢复其对铝毒的抗性。 (3)抗铝毒根生长表型分析和Evans blue染色实验都表明atr能恢复als1对铝毒的抗性。ALS1编码一个定位液泡膜的ABC转运蛋白，它主要负责将细胞质的铝隔离到液泡中。因此，该研究结果提示atr对细胞内部解毒机制缺陷能够进行挽救，另外还提示als1对铝毒的敏感性可能主要由于DNA损伤引起。 (4)综合以上遗传分析和抗铝毒表型分析结果，我们认为atr可以缓解细胞内部铝毒引起的伤害，但不能减轻细胞外部的铝毒害。此外，虽然之前认为STAR1/ALS3主要通过对细胞壁的修饰介导对铝毒的抗性，但在本研究中atr能同时恢复star1、als3突变体对铝毒的抗性，这提示细胞内的DNA损失也是star1、als3对铝毒敏感的一个重要原因。