興安落葉松UDP-葡萄糖焦磷酸化酶和UDP-葡萄糖脫氫酶基因的克隆及特性分析.pdf

1、興安落葉松（Larix gmelinii）屬于松科落葉松屬，是我國(guó)東北、華北及內(nèi)蒙古針葉林的主要組成樹(shù)種。其木材挺直、紋理清晰、材質(zhì)致密，具有較強(qiáng)的機(jī)械性能;另外，由于其纖維細(xì)胞較長(zhǎng)，非纖維細(xì)胞含量低，使其在建筑、裝飾、造紙和化學(xué)纖維工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。因此，通過(guò)分子生物學(xué)的方法，開(kāi)發(fā)其材質(zhì)相關(guān)基因資源，并通過(guò)調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，改善其材質(zhì)對(duì)提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有重要的意義。
　　植物細(xì)胞壁由各種多糖組成，包括纖維素、半纖維

2、素、果膠和胼胝質(zhì)等物質(zhì)。纖維素和胼胝質(zhì)的直接合成前體物質(zhì)是UDP-葡萄糖(UDP-Glc)，它是由UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)催化葡萄糖-1-磷酸(Glc-1-P)生成的;半纖維素和果膠的生物合成前體物質(zhì)是UDP-葡萄糖醛酸酯(UDP-GIcA)，它是由UDP葡萄糖脫氫酶(UGDH)催化UDP-Glc脫氫生成的。UGPase和UGDH作為纖維素和半纖維生物合成途徑中的關(guān)鍵酶，可能通過(guò)影響植物纖維素和半纖維素的生物合成進(jìn)而對(duì)其

3、材質(zhì)產(chǎn)生影響。
　　本研究采用RT-PCR及RACE技術(shù)分離了興安落葉松UGPase和UGDH基因，分別命名為L(zhǎng)gUGPase和LgUGDH。 LgUGPase包含1443 bp的開(kāi)放閱讀框，編碼480個(gè)氨基酸，蛋白分子量為53.7 kDa，理論等電點(diǎn)為5.41; LgUGDH cDNA全長(zhǎng)1904 bp，包含1443 bp的開(kāi)放閱讀框，編碼480個(gè)氨基酸，蛋白質(zhì)分子量為52.62kDa，理論等電點(diǎn)為5.74。系統(tǒng)進(jìn)化分析顯示Lg

4、UGPase和LgUGDH分別與北美云杉等裸子植物的UGPase和UGDH親緣關(guān)系較為接近。半定量RT-PCR分析結(jié)果顯示，LgUGPase和LgUGDH在興安落葉松幼苗根、莖、葉中均有表達(dá)，其中莖中的表達(dá)量最高。經(jīng)Southern雜交推測(cè)，LgUGPase和LgUGDH在興安落葉松基因組中各存有兩個(gè)拷貝。
　　為了進(jìn)一步分析LgUGPase和LgUGDH基因的功能及特性，利用花絮浸染法進(jìn)行了擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化，并通過(guò)自花授粉獲得各

5、自的轉(zhuǎn)基因純合株系。RT-PCR分析和酶活性檢測(cè)結(jié)果證實(shí)，這兩個(gè)基因在各自的轉(zhuǎn)基因擬南芥植株中均有穩(wěn)定表達(dá)。對(duì)轉(zhuǎn)基因純合株系進(jìn)行表型分析結(jié)果顯示:LgUGPase和LgUGDH的過(guò)量表達(dá)促進(jìn)了轉(zhuǎn)基因擬南芥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng);轉(zhuǎn)基因擬南芥中可溶性糖含量有明顯的提高，而且其莖及葉脈薄壁細(xì)胞的細(xì)胞壁都有著不同程度的加厚。LgUGPase和LgUGDH基因的過(guò)量表達(dá)分別對(duì)轉(zhuǎn)基因擬南芥纖維素和半纖維素的積累起到了一定的促進(jìn)作用。
　　以上結(jié)果表明，