2,4,6-三硝基甲苯(2,4,6-Trinitrotoluene,TNT)是一种带苯环的有机化合物,能与土壤的腐殖质紧密结合,降低植物汲取营养的能力,被列为土壤重要的污染物。此外,TNT还具有较强的毒性,并被美国环境保护局(Environmental Protection Agency,EPA)列为重要致癌物。治理土壤中TNT的最有效方法是采用植物修复的方法,然而目前对TNT的植物修复仅限于将细菌的硝基还原酶(nitroreductase)基因克隆到植物中进行异源表达。本文发现植物中也存在编码硝基还原酶的基因NTR1,然而植物NTR1基因的起源与进化模式尚不明确,其在植物中的作用还不清楚。本研究利用生物信息学和实验生物学相结合的方法,分析了陆生植物硝基还原酶基因(NTR1)的起源和进化模式;分析了水稻和拟南芥中NTR1基因的组织表达模式和非生物逆境表达模式;进一步构建水稻和拟南芥的转基因植株,NTR1基因调控水稻和拟南芥对TNT的耐受性进行了分析。主要研究结果包括:(1)NTR1基因在陆生植物中广泛存在,但是在陆生植物的祖先物种绿藻以及其他真核生物中没有高度同源的基因;系统进化分析表明NTR1基因是陆生植物的祖先物种通过一次水平基因转移(horizontal genetransfer,HGT)事件获得于细菌,其潜在的供体是疣微菌(Verrucomicrobia)。(2)适应性进化分析发现陆生植物NTR1基因在水平转移事件发生后的最初阶段经历了明显的正选择压力;而在主要陆生植物分化之后,则主要的选择压力为纯化选择,表明在陆生植物植物通过水平转移获得NTR1基因之后经历了功能的适应性进化。(3)表达模式分析结果显示,该基因在水稻和拟南芥中受高温、低温、干旱、盐害等非生物逆境的诱导表达,并且受到植物激素ABA和GA的诱导表达,表明陆生植物NTR1基因可能与逆境响应有关。(4)通过对构建的拟南芥和水稻转基因材料的TNT耐受性分析发现,TNT处理后,与野生型相比,拟南芥的过表达材料根长、叶表面积显著提高,而RNAi材料根长、叶表面积显著降低;水稻过表达材料的根长显著长于对照,而突变体材料显著低于对照,表明该基因与TNT耐受性有关。本文阐释了陆生植物硝基还原酶基因NTR1的起源和进化模式,并分别以拟南芥和水稻为研究对象,发现NTR1基因与TNT的耐受性有关。研究结果不仅对揭示陆生植物抗逆性状起源的基因基础具有重要的理论价值,同时对有目的利用植物基因对土壤进行植物修复具有指导意义。