铁(Fe)在高等植物的生长发育中发挥重要作用。缺Fe会造成植物细胞结构和功能损伤，同时引起过氧化物酶、过氧化氢酶等酶结构或功能被破坏，使相关酶系统功能紊乱，抑制植物代谢。此外，缺Fe叶片光合作用产生的多余激发能、呼吸作用电子传递链积累非耦合电子流均可生成大量的活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)。因而，缺Fe胁迫下，ROS对膜脂质、蛋白质及DNA等生物大分子所造成的氧化损伤是植物损伤的重要途径。　　Lon蛋白酶是普遍地存在于生物体中，并且具有高度保守性的一类ATP依赖蛋白酶，作为蛋白酶家族的一员，在降解损伤、错误折叠蛋白等方面展现出重要的作用。目前对拟南芥（Arabidopsis thaliana）的相关研究表明，Lon1蛋白酶定位于叶绿体和线粒体中，其参与幼苗的器官发生以及形态建成，具有降解氧化蛋白、维持细胞正常代谢的功能。尽管目前已知Lon1蛋白酶对所定位细胞器的蛋白质量调控、对抗胞内氧化损伤等具重要作用，但未有在应对植物缺Fe氧化胁迫，调控ROS积聚和缓解氧化损伤方面作用机制的相关报道。本研究从蓝莓（Vaccinium spp.）中扩增获得VcLon1cDNA序列（GenBank登录号:MF972079），在分析蓝莓VcLon1时空表达模式的基础上，以本氏烟（Nicotiana benthaminana）为材料，通过遗传转化技术获得VcLon1超表达植株，并通过RNAi沉默本氏烟NbLon1，结合Fe营养生理、相关氧化指标进行分析。结果表明Lon1蛋白酶可降解叶绿体等细胞器内羰基化蛋白质并有效维持叶绿体中相关抗氧化酶的活性，从而维持正常植物代谢，提高其缺Fe耐性。具体研究如下:　　PCR扩增得到VcLon1的ORF序列长2982bp，编码993个氨基酸，理论等电点为5.44，分子量为109.5kDa。VcLon1编码的蛋白序列含有1个典型的AAA+结构域，属于AAA+超家族，定位分析该编码蛋白定位于叶绿体和线粒体中，与葡萄、苹果等Lon1蛋白酶亲缘关系较近，与拟南芥的氨基酸相似性也高达75％。　　对蓝莓缺Fe处理采用水培法，处理30d后进行叶片表观形态观察及氧化水平分析。缺Fe处理组的蓝莓嫩叶出现脉尖失绿等典型的缺Fe症状。同时，缺Fe+条件下蓝莓叶部H2O2含量显著升高，叶内的羰基化蛋白含量与对照组相比增加了65.01％。说明缺Fe胁迫会破坏蓝莓叶片细胞内活性氧产生与清除之间的平衡，使叶片受到氧化损伤。　　利用实时荧光定量PCR分析VcLon1的表达量，正常条件下的蓝莓各组织中均有VcLon1基因的表达，老叶中的表达量显著低于嫩叶，而缺Fe胁迫显著提高蓝莓VcLon1的转录水平。表明在胁迫条件下VcLon1上调表达以应对氧化损伤的积累，故其生物学功能与蓝莓的缺Fe耐性有一定关联。　　为进一步探究VcLon1蛋白酶在植物缺Fe耐性方面的作用，利用遗传转化获得VcLon1超表达本氏烟。正常生长条件下，WT和VcLon1超表达本氏烟(1-1、1-6、1-7)在表型上无差异。但在缺Fe胁迫下，VcLon1超表达植株的生长情况较野生型健壮、冠幅大且根系发达，而WT出现叶片黄化、羰基化蛋白含量明显上升，叶绿体略微肿胀，基粒片层结构模糊，分层不明显的现象，叶绿素含量亦随着缺Fe程度的加剧而显著下降。但VcLon1超表达本氏烟仍能保持正常的叶绿体结构，1/4Fe处理的超表达植株仍能保持87.8％的叶绿素含量，而此时WT植株所测得的叶绿素含量却已经下降为66.9％。同时，VcLon1超表达植株在1/4Fe处理后的MDA含量，仅为正常培养条件下的1.8倍，而1/8Fe的MDA含量更是比同处理组的WT植株低36.5％。除此之外，超表达株系的H2O2积累量也显著下降，而SOD、APX等抗氧化酶的酶活有明显增加。表明VcLon1蛋白酶能够对其所在的细胞器内各功能蛋白结构进行有效质量控制及活性调节，从而显著减少叶内H2O2的分布，并使膜脂过氧化程度降低，使叶内羰基化蛋白维持在相对较低的水平，从而维持正常植物代谢，提高其缺Fe耐性。　　将本氏烟中内源表达的同源基因NbLon1经RNAi处理，反向验证VcLon1基因功能。在正常条件下，NbLon1RNAi沉默本氏烟（141-G、141-H和141-I）的生长量与野生型植株WT相似。在缺Fe胁迫处理下，NbLon1RNAi沉默植株较野生型矮小瘦弱且叶片黄化严重，其叶绿体结构相较于WT受到更为严重的破坏，叶绿体肿胀明显，基粒片层模糊不清、内部几乎无可见分隔，内部结构严重受损，受损叶绿体数量超过50％，叶绿素含量亦出现下降的趋势。同时，叶片中的氧化产物MDA和羰基化蛋白含量，在NbLon1RNAi沉默植株中呈现出显著大于WT的增高趋势。此外，NbLon1的沉默还造成缺Fe胁迫下的本氏烟中，H2O2积累量显著增加，APX、SOD等抗氧化酶活性的降低。上述结果表明，沉默NbLon1基因导致了本氏烟在面对缺Fe胁迫等逆境环境的耐受性显著下降，造成大量ROS和氧化产物在细胞中积聚，并造成叶绿体的结构及功能被破坏。表明Lon1蛋白酶可能在维护叶绿体等细胞器内抗氧化酶活或含量，控制胞内羰基化蛋白质等蛋白质量具有重要作用。