矮生杉木解剖构造及CCR和CesA1基因克隆的研究

【摘要】： 杉木是我国特有的重要用材林树种,在林业产业中占有相当的地位,对杉木材性和材性相关的基因进行研究,对杉木育种工作具有重要意义。我们实验室获得了一个具有矮生特点的杉木材料,研究发现它的某些材性指标与正常杉木有较大的差异,为了揭示杉木矮生的原因,本实验以矮生和正常杉木为材料,研究探讨了矮生杉木的解剖结构,旨在阐明杉木矮生的解剖生理基础;解剖学的研究表明:矮生杉木具有以下主要特征:①矮生杉木生长轮明显,早晚材缓变;管胞壁上的具缘纹孔单列;轴向薄壁组织量多,星散状排列;木射线高有3 ~ 12个细胞,多数为3 ~ 7个细胞;射线薄壁细胞与早材管胞间的交叉场为杉木型,多2 ~ 4个。②矮生杉木第2年轮单位面积的管胞数量平均值为4047个/mm~2,径向层数平均值为118层/轮。③矮生杉木管胞长度平均值为1560.5μm,管胞宽度平均值为20.06μm,管胞双壁厚平均值为3.602μm,管胞壁腔比平均值为0.21,管胞长宽比平均值为69.90,腔径比平均值为0.830。这些解剖学的特征从一个侧面支持了矮生杉木的材质改变原因。 木质素、纤维素的合成是影响林木材性的重要原因,要揭示杉木材性形成和遗传的机制,木质素、纤维素合成相关基因的研究是一个重要方面。 本研究利用RT-PCR同时结合5’,3’-RACE的方法,从杉木木质部中分离得到编码木质素合成酶CCR基因的cDNA全长,并进行了测序和序列分析。结果显示克隆得到的杉木CCR基因cDNA总长为1379 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小为975 bp,可编码长度为324个氨基酸的蛋白质,预测其分子量为35.71 kDa。杉木CCR基因核苷酸序列编码的蛋白与已报道的其它植物CCR基因核苷酸序列编码的蛋白同源性很高,其中与已报道的欧洲云杉(Picea abies)具有87%的相似性。 实时定量PCR结果显示,CCR基因在杉木的根,一年生的茎和叶中均有表达,茎中的表达量最高。进一步的分析表明,在木质化程度较高的杉木茎中,CCR基因在木质部的表达要比皮中要高1倍多;而在矮生杉木中,CCR基因的表达水平只有正常杉木中的1/5~1/4。结果表明,杉木CCR基因与杉木的木质化可能有比较直接的关系。 利用同样的方法我们也克隆到了一个全长为3235bp的纤维素合成酶基因,命名为CesA1,该序列包含2976bp的开放阅读(ORF),编码的991个氨基酸,序列比对结果显示:该CesA1氨基酸序列与数据库中其它植物的CesA氨基酸序列有高度相似性,与己知的松科植物火炬松(Pinus taeda)的纤维素合成酶CesA基因的氨基酸序列同源相似性最高,达到了81%;系统进化树构建结果显示:杉木CesA氨基酸序列与火炬松(Pinus taeda)氨基酸序列聚为一类,说明同为松科植物的杉木与火炬松在进化上有较近的亲缘关系。 这两个基因的获得及其表达特性的研究在一定程度上将为杉木材性形成的遗传机制研究提供一些理论和实验依据。

【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：S791.27