镁离子是细胞中含量最高的二价金属阳离子之一,在许多生命活动中发挥重要作用。镁离子转运体是镁离子进出细胞的主要载体,在拟南芥和水稻中,已经有许多镁离子转运体家族MGT/MRS2的基因被证实具有镁转运功能且定位在不同种类的膜上,然而目前为止在木本植物中关于镁离子转运体的报道还较少。梨全基因组解析的完成为开展该研究提供了条件,因此因此本研究以“砀山酥梨”为研究材料,对梨MGT家族进行鉴定和分析,并对PbrMGT7的功能进行了验证。主要的研究结果如下:1.在梨中通过BLASTP和HMMsearch两种办法收集并鉴定了 16个MGT家族基因。为了对它们进行分类,也收集并鉴定了另外10个物种的MGT基因,包括6种双子叶植物(拟南芥、欧洲大叶杨以及另外4个蔷薇科物种苹果、草莓、梅花和桃)、3种单子叶植物(水稻、玉米和二穗短柄草)、1种苔藓植物小立碗藓和1种石松类植物江南卷柏,一共找到81个基因。用这97个基因的蛋白序列运用软件RAxML构建进化树,得到的进化树将它们分为五个组,其中二组包含最多的7个梨MGT基因,五组包含5个梨MGT 基因排在其后,四组包含4个梨MGT基因,而一组和三组中没有梨MGT基因。对梨的16个MGT基因进行了基因结构、保守结构域和表达模式进行分析。采集梨的根、茎、叶、花粉、花柱和果实共六个组织用来进行半定量分析,结果表明大部分基因在超过4个组织中表达,其中PbrMGT5只在叶片和花粉中表达,而PbrMGT4只在叶片和果实中表达。除了PbrMGT4,PbrMGT10,PbrMGT11,PbrMGT15和PbrMGT16外,其他梨MGT 基因均在花粉中有表达,而PbrMGT和PbrMGT9在检测的6个组织中均有表达。2.研究了镁离子对花粉萌发和花粉管伸长的影响,同时探究了其对梨MGT基因在花粉中表达量的影响。结果表明和对照(不加额外的镁离子)相比,低浓度的镁离子可以促进花粉的萌发和花粉管的伸长,其中1mM处理下效果最显著;当镁离子浓度超过10mM时,花粉萌发和生长均受到抑制;当镁离子浓度达到100mM以上时,花粉不萌发。分别用1mM(促进浓度)和25 mM(抑制浓度)镁离子处理花粉观察梨MGT家族基因的表达量变化情况,发现PbrMGT3,PbrMGT7,PbrMGT12和PbrMGT13这四个基因的表达量有1.5倍以上的变化,其中PbrMGT7的变化最显著,无论是1mM还是25 mM处理下表达量均为2倍以上,表明PbrMGT7很有可能在花粉中起转运镁离子的功能。此外,PbrMGT6、PbbrMGT8、PbrMGT9和PbrMGT14这4个基因的表达量变化不明显,而另外的8个基因PbrMGT1、PbrMGT2、PbrMGT4、PbrMGT5、PbrMGT10、PbrMGT11、PbrMGT15 和 PbrMGT16 在镁离子处理的花粉中的表达量很低。为了筛选基因进行后续实验,查找了它们的转录数据,发现PbrMGT7的RPKM值最大,鉴于其表达量对镁离子响应较大且在所有组织中均有表达,最终选择了PbrMGT7进行后续的功能验证。3.克隆了花粉中的PbrMGT7基因并将其连接到pTrc99A中,观察到PbrMGT7可以互补镁缺陷沙门氏菌MM281,亚细胞定位观察到PbrMGT7定位在线粒体上,表明PbrMGT7可能参与调解细胞质和线粒体间的镁转运。因此认为PbrMGT7参与调节花粉管生长中的镁离子动态平衡。