NPU基因首次在拟南芥中发现,其功能主要与花粉初生外壁的形成有关,拟南芥NPU突变导致小孢子原生质膜不能变为波浪状,孢粉素不能正常沉积,导致花粉初生外壁不能形成,从而不能形成正常花粉粒。从演化上看,花粉的形成可能与苔藓、蕨类植物的孢粉有关。花粉和孢粉都能产生孢粉素,形成孢子壁。苔藓、蕨类等演化地位较低的植物是否具有NPU基因,该基因是如何进化的,其在孢粉壁发育中的功能都值得探索。因此,本研究克隆不同演化地位植物中的相关NPU同源基因对阐明NPU基因的起源和进化具有重要的意义。基于以上背景,本论文做了以下工作:1、选取演化地位从低到高的小立碗藓、瓶尔小草、红盖鳞毛蕨、银杏、荷花玉兰、白玉兰、烟草和水稻8种植物,并以拟南芥作为对照,通过核酸序列比对和氨基酸序列比对查找到相应NPU同源基因的ORF区序列,并成功克隆。2、分别从基因组序列结构分析、基因进化两方面对NPU基因进行分析,发现此8种植物的NPU同源基因与拟南芥NPU基因具有高度同源性,故推测Os NPU、Nt NPU、Md NPU、Mg NPU、Gb NPU、De NPU、Ot NPU、Pp NPU具有NPU蛋白功能。此外,通过对全部9种植物的NPU基因构建系统发生树分析,发现NPU基因具有明显的种属特征,拥有共同的起源。3、为验证其功能,以npu-2突变体为材料。对9条相关NPU同源基因构建双元表达载体,回补npu-2突变体,观察阳性回补植株发现,拟南芥NPU基因自身回补育性恢复,与拟南芥NPU基因亲缘关系较近的Os NPU和Nt NPU回补效果较好,育性基本恢复正常;而种子植物基部类群白玉兰、荷花玉兰,以及裸子植物银杏,其基因Md NPU、Mg NPU、Gb NPU回补效果次之;处于演化中间地位的蕨类植物红盖鳞毛蕨De NPU和瓶尔小草Ot NPU回补后只达到少部分恢复,苔藓植物小立碗藓的Pp NPU回补效果与玉兰相似。由此发现,回补效果与演化地位基本保持一致,较原始的植物回补效果弱于进化的植物。综上所述,推测NPU基因是一个较保守的基因,其发展与植物进化过程基本保持一致,本研究为探索植物NPU基因的进化与功能奠定了基础。