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《中国林业科学研究院》 2004年
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毛白杨木材形成相关基因的克隆及在烟草和杨树中的表达

张德强  
【摘要】: 木材是地球上最最重要的可再生资源,是纸浆造纸的主要原料。若生产高质量的纸张,在制浆漂白过程中则需使用化学试剂将木质素从纤维素原料中去除。但去除木素和洗去降解的碳水化合物将消耗大量的化学试剂和能量,这势必造成严重的工业环境污染。因此,通过有效操纵木材形成的关键基因,培育出木质素和聚物糖含量较少,或脱木素较为容易的工业用材树种,而不影响其正常生长和抗病虫能力,则是十分可取的。为此,克隆控制木材形成的关键基因并利用基因转化技术来调控其表达,将对培育理想的工业纸浆用材林具有重要的理论和实践意义。本研究利用RT-PCR方法,通过克隆控制杨树木材形成相关的多个酶基因,构建其正义、反义、RNAi和多基因片断线性连接的融合基因。在此基础上,利用农杆菌介导的叶盘法将构建好的这些融合基因分别导入烟草和杨树中,研究改变其表达对转基因植物生长发育、木材化学成分以及组织解剖结构的影响。得到如下主要结论: 1. UDP-葡萄糖脱氢酶(简称UGDH)催化氧化UDP-葡萄糖成UDP-葡萄糖醛酸,而后者随后转化成半乳糖醛酸、木糖、阿拉伯糖等UDP-葡萄糖衍生物。这些都是植物细胞壁中半纤维素和果胶物质合成的前体。通过RT-PCR方法从毛白杨形成层总cDNA中分离出编码UGDH的cDNA全长。克隆的毛白杨UGDH cDNA总长为1 819 bp,基因内部含有完整的开放阅读框架,大小为1 416 bp,可编码长度为481个氨基酸(AA)残基的蛋白质。其编码蛋白与已报道的其它植物相比,同源性高达90%。该研究利用农杆菌介导的叶盘法将pBI121-CaMV35S-sense PtUGDH、pBI121- CaMV35S-antisense PtUGDH、pBI121-CaMV35S-PtUGDH RNAi和pBI121-PCBER- PtUGDH RNAi构建的UGDH基因分别导入烟草和杨树中。利用引物特异的PCR扩增来检测并得到了上述基因构建的烟草和杨树转化植株。在获得转基因植株的基础上,首先对pBI121-CaMV35S-antisense PtUGDH转化的烟草茎杆进行了木材化学成分和解剖结构分析。研究结果初步表明:与对照相比,反义转化不仅影响了转基因烟草茎中木材化学成分的相对含量,还对木材解剖结构有严重的影响。其对木材化学成分的影响主要表现为,反义转化PtUGDH可使烟草茎中木材化学成分聚戊糖含量减少了14%-45%,纤维素含量增加了8%-40%,而木质素含量几乎不变;而对解剖结构的影响主要表现为,反义转化可使转基因烟草茎中成熟木质部细胞的细胞壁厚度、细胞腔周长和导管腔周长分别减少了2.7%-16.3%、14.0%-19.7%和9.1%-10.7%。本研究初步表明,UDP-葡萄糖脱氢酶可能是木材化学成分聚戊糖合成过程中的关键酶。就作者所知,本研究首次报道了UGDH基因在转基因植物中的
【学位授予单位】:中国林业科学研究院
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:S792.11;Q943.2

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【引证文献】
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【参考文献】
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