重金属转运ATP酶（Heavy metal transporting ATPase,HMA）是一种跨膜转运蛋白,一般含有6-8个跨膜片段,属于P型ATPase家族,主要通过水解ATP为金属转运提供能量。HMA蛋白在植物生长发育过程中参与金属元素的吸收与转运,在植物金属转运方面发挥着重要的作用。菜心属于十字花科芸薹属,是华南地区特色蔬菜,在餐桌上广受欢迎。近年来由于经济的快速发展,以及各种化学产品的使用,使得土壤重金属污染越来越严重,我们日常食用的蔬菜也不可避免受到污染。本文以新世纪四九甜菜心为研究材料,通过对实验室前期获得的转录组数据及现有数据库中白菜的全基因组序列信息进行分析,克隆获得甜菜心BrpHMAs基因的CDS序列片段,并对获得的相关BrpHMAs蛋白进行了生物信息学分析。还进一步研究BrpHMAs基因在甜菜心幼苗和成苗时期的表达模式,并在酵母和拟南芥中进行异源表达,分析了BrpHMA1和BrpHMA2-2的生物学功能。获得如下结果:1.通过分析实验室前期的菜心转录组测序数据并结合白菜的全基因组数据,设计引物克隆得到7个BrpHMAs基因。通过与拟南芥和水稻的HMAs蛋白一起构建系统进化树,发现BrpHMAs基因划分为三个亚族:BrpHMA1属于P1B-4亚族,BrpHMA2、BrpHMA2-1、BrpHMA2-2、BrpHMA3和BrpHMA4属于P1B-2亚族,BrpHMA5属于P1B-1亚族。2.用不同浓度镉处理甜菜心幼苗及成苗,选取不同时间处理后植株的不同部位,提取RNA进行RT-q PCR,分析BrpHMAs基因的表达。结果表明,克隆得到的菜心BrpHMAs基因对镉离子的胁迫均能响应:其中BrpHMA1、BrpHMA2-2被镉明显诱导,BrpHMA2-1、BrpHMA3、BrpHMA4、BrpHMA5的表达随镉浓度和处理时间的不同而表现上调或下调的情况。3.利用启动子驱动报告基因进行基因表达分析发现,BrpHMA1及BrpHMA2-2均具有组织特异性:BrpHMA1启动子驱动的GUS基因只在花药中表达,BrpHMA2-2启动子驱动的GUS基因主要在植株的维管组织特异性表达,在花丝、花药和柱头也有表达。4.利用拟南芥原生质体瞬时表达体系对35S::eGFP-BrpHMA1和35S::eGFP-BrpHMA2-2蛋白进行亚细胞定位分析,结果表明BrpHMA2-2蛋白定位在细胞质膜上,eGFP-BrpHMA1未见荧光,其定位还有待研究。5.在酵母细胞中异源表达BrpHMA1、BrpHMA2-2基因,发现镉胁迫下表达BrpHMA1基因的酵母转化子与转化空载体的酵母转化子生长无明显差异;而表达BrpHMA2-2基因的酵母转化子与转化空载体的酵母转化子相比,对镉胁迫更敏感。6.利用农杆菌介导转化拟南芥,获得转化BrpHMA1和BrpHMA2-2的纯合过表达转基因植株。镉胁迫下,过表达植株与野生型拟南芥的生长并无明显差异,但其叶绿素含量明显低于野生型拟南芥,说明BrpHMA1和BrpHMA2-2在拟南芥中的过表达使植株对镉胁迫的耐受性下降。