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镁离子是细胞中含量最多的两价阳离子,在植物的许多生理生化过程中起到了至关重要的作用。然而,我们对植物响应镁胁迫的作用机理却知之甚少。本研究根据拟南芥在不同镁离子浓度下的生长状态,建立了拟南芥镁胁迫突变体筛选体系,证明了拟南芥幼苗的形态至少是部分依赖于ABA-ABI1-DELLA的途径来响应镁毒害的。1、拟南芥镁胁迫突变体的筛选：1.5mM(Low Magnesium, LM)的Mg2+是拟南芥生长的最佳浓度,当Mg2+浓度高于28mM或者低于0.05mM就能造成严重的镁毒害(High Magnesium, HM)或者镁缺乏(Magnesium Deficiency, DM)胁迫,造成植物镁胁迫死亡。因此我们把28mM和0.05mM分别作为镁毒害和镁缺乏处理的临界点,把28mM和0.05mM分别作为镁毒害突变体和镁缺乏突变体的筛选浓度,并筛选到50株(镁毒害：36株；镁缺乏：14株)镁胁迫响应突变体。2、镁毒害和外源ABA处理影响根生长和糖含量：镁毒害和一定浓度的外源ABA处理能够抑制拟南芥叶片和主根的生长,却能促进根毛的生长,而Q-DELLA突变体(quadruple-DELLA mutant)和ABA不敏感突变体abil-1能够减弱这种抑制或者促进作用。在正常镁(LM)条件下,Ler野生型、Q-DELLA突变体和abil-1突变体的形态和生理差异不显著；在镁毒害条件下,Q-DELLA突变体和abil-1突变体的生长状况相似,而Q-DELLA突变体的根长、生物量、叶绿素含量、蔗糖和淀粉含量都明显高于野生型拟南芥,使其能更好的适应镁毒害环境。在1μM ABA条件下,Ler根长最短,Q-DELLA突变体次之,abil-1突变体最长,说明ABI1-DELLA参与了拟南芥植株对镁毒害的响应。3、镁离子吸收和淀粉代谢受DELLA蛋白调控：在LM条件下,Ler和Q-DELLA突变体的镁离子浓度和淀粉含量差异不显著,而HM促进了两种材料镁离子吸收效率(Ler：2.80倍；Q：1.93倍)和淀粉的降解(Ler:5.42倍;Q:2.24(?)音),但是对Q-DELLA突变体影响的幅度显著低于Ler。利用基因芯片和实时荧光PCR证明,镁毒害促进了一系列与淀粉合成相关基因(SS1, SS2, GBSS1, APL1,APL2)的上调表达和淀粉降解基因(ATAMY1BAM1, BAM2)的下调表达；在镁毒害条件下,一系列镁离子转运基因在Q-DELLA突变体中的表达量明显高于野生型Ler。这说明在镁毒害条件下,镁离子的吸收和淀粉的代谢受DELLA蛋白的部分调控。4、镁毒害影响ABA代谢及相关基因的表达：镁毒害引起了一系列与ABA代谢有关基因的差异表达并促进了内源ABA的积累。相对于正常镁浓度,HM促进了ABA在Ler(6.33倍)和Q-DELLA突变体(4.56倍)中的积累,但是Ler ABA的含量明显高于Q-DELLA突变体(1.57倍)。在高镁环境下,Q-DELLA突变体所有与ABA合代谢相关基因的转录水平都明显低于野生型。另外,相对于正常镁环境,高镁环境上调了除ABA3之外其它基因的表达(ABA1在Q中,ABI5在Ler中有所下调)。5、镁毒害和外源ABA促进DELLA蛋白积累：在正常镁浓度下,野生型拟南芥主根中积累了较少的DELLA蛋白。我们分别用28mM Mg2+和20μM ABA处理5天的Ler幼苗24h和2h,发现镁毒害和外源ABA促进了DELLA蛋白在拟南芥根细胞核中的积累。然后,立即用10μM GA处理这些拟南芥主根1.5h,发现GA能够降低镁毒害和外源ABA处理引起的DELLA蛋白积累。6、镁毒害条件下差异基因转录分析：通过对镁毒害条件下Ler和Q-DELLA突变体差异基因互作分析和代谢途径模拟,我们证实了DELLA参与拟南芥ABA代谢、镁离子吸收和淀粉代谢的调控；同时也发现,DELLA调控相关WRKY转录因子家族、ROS响应相关家族和激酶代谢相关家族基因参与了拟南芥植株对镁毒害的响应。以上研究结果表明,拟南芥能通过ABA依赖的ABI1途径,调控DELLA蛋白的积累,从而引起植物自身的生理节奏、基因表达和物质代谢等过程的一系列变化来响应镁毒害。本研究所取得的研究结果,为植物镁毒害响应机制的深入研究奠定了基础。