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，是我國東北、華北及內蒙古針葉林的主要組成樹種。其木材挺直、紋理清晰、材質致密，具有較強的機械性能;另外，由于其纖維細胞較長，非纖維細胞含量低，使其在建筑、裝飾、造紙和化學纖維工業(yè)等領域具有廣泛的應用價值。因此，通過分子生物學的方法，開發(fā)其材質相關基因資源，并通過調控相關基因的表達，改善其材質對提高其經(jīng)濟價值具有重要的意義。
　　植物細胞壁由各種多糖組成，包括纖維素、半纖維

2、素、果膠和胼胝質等物質。纖維素和胼胝質的直接合成前體物質是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鍵酶，可能通過影響植物纖維素和半纖維素的生物合成進而對其

3、材質產生影響。
　　本研究采用RT-PCR及RACE技術分離了興安落葉松UGPase和UGDH基因，分別命名為LgUGPase和LgUGDH。 LgUGPase包含1443 bp的開放閱讀框，編碼480個氨基酸，蛋白分子量為53.7 kDa，理論等電點為5.41; LgUGDH cDNA全長1904 bp，包含1443 bp的開放閱讀框，編碼480個氨基酸，蛋白質分子量為52.62kDa，理論等電點為5.74。系統(tǒng)進化分析顯示Lg

4、UGPase和LgUGDH分別與北美云杉等裸子植物的UGPase和UGDH親緣關系較為接近。半定量RT-PCR分析結果顯示，LgUGPase和LgUGDH在興安落葉松幼苗根、莖、葉中均有表達，其中莖中的表達量最高。經(jīng)Southern雜交推測，LgUGPase和LgUGDH在興安落葉松基因組中各存有兩個拷貝。
　　為了進一步分析LgUGPase和LgUGDH基因的功能及特性，利用花絮浸染法進行了擬南芥的遺傳轉化，并通過自花授粉獲得各

5、自的轉基因純合株系。RT-PCR分析和酶活性檢測結果證實，這兩個基因在各自的轉基因擬南芥植株中均有穩(wěn)定表達。對轉基因純合株系進行表型分析結果顯示:LgUGPase和LgUGDH的過量表達促進了轉基因擬南芥的營養(yǎng)生長;轉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胞的細胞壁都有著不同程度的加厚。LgUGPase和LgUGDH基因的過量表達分別對轉基因擬南芥纖維素和半纖維素的積累起到了一定的促進作用。
　　以上結果表明，