毛果杨PtrBTB70基因在木材形成中的功能分析

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中文摘要：木材是植物产生的最丰富的生物量，也是大气中二氧化碳最重要的消耗者。木材形成是一个复杂的发育过程，包括形成层细胞增殖、木质部细胞扩张、次生壁沉积和细胞程序性死亡。在过去的研究中，发现了参与木材形成各个发育阶段的大量基因，其中一些基因已经在杨树(Populus)中被鉴定出来并进行了功能表征，但还有很大一部分基因的功能是未知的。BTB/POZ蛋白(也称为BTB蛋白)家族成员广泛存在于生物界，不同的BTB蛋白亚家族成员发挥的功能不同，包括调控植物的生长发育、抵抗病原菌的侵害、参与植物的代谢过程和非生物胁迫的应答，但BTB蛋白在木材形成过程中发挥的的功能还未被鉴定，本研究对PtrBTB70基因在毛果杨木材形成过程中的功能进行分析，主要结果如下: 通过毛果杨(Populustrichocarpa)数据库Blast确定在毛果杨基因组中有87个BTB蛋白家族成员，并根据其在染色体上的位置将其命名为PtrBTB1-PtrBTB87,电子表达数据显示PtrBTB70基因在木质部中表达水平最高，因此选择该基因作为研究对象。毛果杨PtrBTB70基因的cDNA序列全长为819bp,编码一个由273个氨基酸组成的蛋白质，该蛋白含有BTB结构域和BACK结构域。通过烟草(Nicotianabenthamiana)叶片表皮细胞瞬时转化实验发现，PtrBTB70定位在细胞膜上。通过酵母自激活实验对PtrBTB70的转录活性进行分析，发现PtrBTB70无自激活活性。通过RT-PCR和qRT-PCR分析了PtrBTB70基因在毛果杨不同组织部位中的表达情况，结果表明PtrBTB70基因在毛果杨木质部高丰度表达。启动子序列分析表明，毛果杨PtrBTB70基因的启动子区域含有次生生长相关顺式作用元件M46RE、SMRE1和AC-I。暗示其功能可能与木材发育相关。构建植物pCAMBIA1300-35S∷PtrBTB70-3×flag过量表达载体，通过农杆菌转化法遗传转化毛果杨，经过DNA水平及RNA水平的鉴定，获得6个PtrBTB70过表达转基因株系。通过对毛果杨的表型观察发现，与野生型相比，过量表达植株的株高显著升高，茎节直径显著降低。通过对野生型及转基因植株的切片染色及成分含量测定发现,PtrBTB70的过量表达会导致植株木质素含量显著增加，纤维素含量显著降低。通过扫描电镜观察发现PtrBTB70的过量表达使毛果杨木质部的宽度显著降低，纤维细胞变小，未影响成熟木质部细胞壁的厚度。综上所述，PtrBTB70基因可能通过影响毛果杨木质部纤维素和木质素的沉积来影响木材的发育和形成。

作者：

赵晓

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关键词：

毛果杨 BTB蛋白 PtrBTB70基因木质部发育木质素

授予学位：

硕士

学科专业：

林学

导师：

马旭俊

学位年度：

2023

学位授予单位：

东北林业大学

语种：

中文

中图分类号：