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动物中的研究表明，血红素加氧酶系统(heme oxygenase，HO，EC1.14.99.3)是一种重要的信号系统，可以降解血红素，最终生成胆绿素(BV)，一氧化碳(CO)和亚铁离子(Fd2+)。最近研究发现，植物HO不仅具有氧化防护作用，还参与植物侧根、不定根发生和光敏色素合成等。
植物血红素加氧酶-1受生长发育和胁迫共同调节，在光信号和应激反应中起着重要作用。
本研究以紫花苜蓿(Medica sativa L.)为材料，克隆了其血红素加氧酶-1/2基因(MsHO1/MsHO2)·MsHO1基因组DNA序列包含四个外显子和三个内含子，且编码一个含283个氨基酸的多肽；MsHO2的开放阅读框为873 bp，编码一个含290个氨基酸的多肽。MsHO1有一个保守血红素加氧酶序列，与植物中其他HO-1表现出高度的一致性；MsHO1含有结合heme的His位点，可以催化底物heme产生BV，CO和Fe2+，而MsHO2没有此保守的结合位点。此外，我们在烟草中成功表达了MsHo1：GFP融合蛋白，结果表明，MsHO1定位于叶绿体。进一步，我们在大肠杆菌中表达了成熟MsHO1/MsHO2融合蛋白，经纯化，检测了MsHO1生化特性，结果表明，酶反应动力学参数Vmax为48.78 nmol BV-Ⅸαh-1 nmol-1蛋白，Km值为2.3μM hemin，最适温度和pH值分别为37℃和7.2。而经大肠杆菌成功表达的MsHO2融合蛋白没有类似于HO1降解血红素生成BV、CO和Fe2+的能力。半定量RT-PCR和 Western blot结果表明，在苜蓿茎和种子中MsHO1的表达高于根部和萌发的种子；而MsHO2的表达在萌发的种子中最高。此外，MsHO1基因和蛋白的表达受一些氧化剂显著诱导，包括血红素和一氧化氮的供体硝普钠。这表明，MsHO1可能在氧化反应中起着重要的作用。
在动物和植物中，HO1是诱导型的，它的诱导表达被认为是细胞进行抵御氧化伤害的一种重要的机制。为了进一步研究MsHO1在紫花苜蓿中的抗氧化作用，本文还研究了氯化血红素的有机金属包合物β-CD-hemin(包含β-CD和HO1的诱导剂hemin)对HO1的诱导作用及其对重金属镉诱导的紫花苜蓿根部氧化损伤的缓解作用。研究表明，在镉氧化胁迫下，0.01μM CDH的抗氧化作用与单用10μM hemin抗氧化作用相近，但前者的效果更为有效。镉胁迫引起苜蓿幼苗根部严重的氧化损伤，然而β-CD-hemin和hemim预处理诱导MsHO-1的上调可以缓解这种伤害作用，可被TBARS的含量和LOX的活性的降低、脂质过氧化和质膜的完整性的组织化学染色、谷胱甘肽稳态的重建、过氧化氢的产生和活性氧的重分配所证明。同时我们还检测了氧化损伤对植物生长的抑制和镉含量的积累，同样也检测了抗坏血酸过氧化物酶APX和超氧化物歧化酶SOD的转录本和活性的变化。β-环糊精处理则不能降低TBARS的含量。然而，HO-1有效的抑制剂锌原卟啉可逆转上述CDH的这种细胞保护作用。这些结果表明CDH通过诱导MsHO-1的表达缓解了镉胁迫产生的氧化损伤。