镁是植物细胞质中含量最丰富的二价阳离子,其参与了很多重要的生理代谢过程,例如,它是叶绿素的组成成分,参与叶绿体中碳的固定,维持基因组结构的稳定,是许多酶活反应的催化剂,包括RNA酶、蛋白激酶的合成,参与磷酸化和去磷酸化作用、光合作用以及许多碳水化合物的水解反应。目前已有实验证明,提供充足的镁能够减轻铝离子对植物体的毒害。但是由于近年来长期偏重施用氮肥和磷肥,含镁的有机肥的使用量逐年下降,最终导致镁离子的缺乏成为植物中普遍存在的一个问题,严重影响作物产量。本研究以野生型水稻(冬粳和日本晴)为材料,采用RT-PCR的方法克隆到OsMHX1基因序列,生物信息学分析显示该基因是组成型表达,而且在花药和叶片中表达量最高。为了鉴定OsMHX1基因的表达特征,我们用OsMHX1基因的启动子融合GUS报告基因,通过GUS检测及树脂切片分析,我们发现该基因在叶片、茎、根茎结合处以及根尖都有表达,且其表达受缺镁诱导。功能互补结果显示,OsMHX1能够部分回补镁离子缺失突变株CM66的镁离子吸收能力,转有OsMHX1基因的菌株能够在含有0.1mM Mg2+的培养基上生长,但是只转有空载体的菌株只能在高于4 mM Mg2+的培养基上生长,并且同样的结果在液体培养基中也得到了验证,说明OsMHX1基因与酵母中的镁离子吸收有关。为了鉴定OsMHX1基因在水稻中的生理功能,我们构建了OsMHX1-overexpression材料和OsMHX1-RNAi材料,并从日本突变体库中购买到该基因的一个T-DNA插入突变体,将所有转基因材料和野生型材料一同在含有不同镁离子浓度的水培条件下培养21天,观察其表型,以及测定每个株系中镁离子含量。结果显示,在缺镁条件下,T-DNA插入突变体植株和OsMHX1-RNAi植株的叶片严重发黄并出现坏死现象,水稻植株的各个部位中镁离子的含量明显降低,而超表达材料的叶片发黄程度较轻,植株中镁离子含量较高,说明OsMHX1基因编码的蛋白与植物中镁离子的吸收和分配有关。将野生型和转基因材料分别在含有0 mM Mg2++ 0.05 mM Al3+,0.05 mM Mg2++0.05 mM Al3+,1mMMg2++ 0.05 mMAl3+ 以及 1mMMg2++0mMAl3+ 的水培条件下培养21天,观察表型,及测定每个株系中镁离子、铝离子的含量。结果显示,在低镁外加铝胁迫的情况下,T-DNA插入突变体的叶片严重发黄,干重减少,根长变短,根中铝离子含量明显升高,而镁离子的含量明显降低,但超表达材料从表型到离子含量与野生型相比没有明显差异,说明OsMHX1基因编码的蛋白具有一定的耐铝毒性。综上所述,本研究首次对水稻中的OsMHX1基因的功能进行了验证,实验结果表明,水稻OsMHX1基因所编码的蛋白具有吸收和分配镁离子的功能,且具有一定耐铝毒胁迫的能力。