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Cd与Zn和Fe具有相似的理化性质,因此部分Fe和Zn转运蛋白也具有吸收或转运Cd的能力。自然抗性相关巨噬细胞蛋白(Natural resistance-associated macrophage proteins,NRAMPs)是一类古老的膜整合蛋白。植物NRAMPs能够吸收和转运Fe、Mn或Cd等金属元素。目前,部分NRAMP基因在拟南芥、水稻、大豆、烟草等植物中被挖掘并进行了功能鉴定,然而关于小麦NRAMP基因及其功能分析的研究较少。前期研究发现矮秆波兰小麦(DPW,Triticum polonicum L.)能积累较高浓度的Cd、Zn和Fe,并从中克隆获得4个NRAMPs:TpNRAMP2、TpNRAMP3、TpNRAMP5和TpNRAMP6,但它们的功能未知。本研究以TpNRAMP3和TpNRAMP5为对象,利用qRT-PCR、原生质体瞬时表达、转酵母功能分析、过表达分析等技术对其进行功能分析。主要结果如下:(1)TpNRAMP3位于7BL染色体,由13个外显子和12个内含子组成。拔节期,TpNRAMP3在叶片表达最高,其次在根和新生的叶,而在茎基部和叶鞘表达较低;孕穗期,TpNRAMP3在老叶表达最高,其次在根、茎基部和旗叶,而在茎节和节点表达较低,在未成熟的穗中表达最低;灌浆期,TpNRAMP3在第一节点表达最高,而在未成熟的籽粒表达最低。苗期缺素处理发现,与对照相比,缺Fe、缺Mg、缺Zn和缺Cu对TpNRAMP3的表达均无显著影响。亚细胞定位发现TpNRAMP3是一个质膜蛋白。酵母中表达TpNRAMP3增加了酵母Cd和Co的含量,增强了突变体对Cd和Co的敏感性。拟南芥过表达发现TpNRAMP3能促进植株生长。在Mn胁迫下,TpNRAMP3促进幼苗根长。Cd对TpNRAMP3过表达植株产生毒害作用,降低了单株干重。过表达TpNRAMP3显著提高了根、地上部及单株的Cd、Co和Mn浓度,而对Fe和Zn浓度无影响。这些结果表明TpNRAMP3是一个Cd、Co和Mn的转运体,参与拟南芥中Cd、Co以及Mn的积累。(2)TpNRAMP5位于4AS染色体,包含12个外显子和11个内含子。对拔节、孕穗和灌浆期的多个组织进行TpNRAMP5表达模式分析,发现TpNRAMP5主要在根中表达,其次在茎基部,而在叶中表达较低。亚细胞定位表明TpNRAMP5在拟南芥叶肉细胞原生质体的质膜表达。TpNRAMP5增加了酵母Cd和Co的浓度及敏感性。过表达TpNRAMP5促进拟南芥的生长。苗期金属敏感性测试发现Mn显著增加过表达植株的根长;但Co和Cd无作用。在Cd胁迫下,过表达植株出现中毒现象,单株干重降低。过表达TpNRAMP5显著增加了根、地上部及单株的Mn、Co和Cd浓度。同时,过表达TpNRAMP5显著降低了Mn的转移系数。这些结果表明TpNRAMP5是Mn、Co和Cd转运体,负责Mn、Co和Cd的积累。