摘要
木质纤维素类生物质是地球上储量最丰富的可再生资源，主要存在于植物细胞壁中，由木质素和纤维素、半纤维素构成，作为原材料广泛地应用在生物能源和生物基材料等领域。木质素是由三种木质素单体交联形成的复杂大分子化合物，赋予植物细胞壁刚性，支撑植物生长，同时也显著影响了木质纤维素材料的应用潜力。一方面木质素阻碍了细胞壁中的纤维素和半纤维素的利用；另一方面木质素的含量和组成显著影响了天然生物基材料的应用。因此，深入理解植物的木质素合成与调控，通过基因工程的手段改良木质素的含量和组分，是木质纤维素生物质品质改良的重要方向。 柳枝稷是能源作物研究的模式植物，其产量大抗性强，是优良的能饲两用作物，木质素的存在阻碍了其作为原材料生产生物质能源的转化效率。丝瓜产生的丝瓜络是一种天然生物材料，拥有极大的比表面积，表面的官能团可以吸附染料及废水中的离子。丝瓜中木质素的含量和组成影响了丝瓜络的生物降解性和吸附能力，丝瓜木质素改性显著促进了天然生物材料的高效利用。 木质素的生物合成过程受到不同层级的转录因子网络共同调控，这种层级调控模式在不同物种中较为保守。MYB类转录因子在木质素合成的转录调控中扮演重要角色，但是MYB61的功能性研究尚不充分。有报道表明，拟南芥MYB61在木质素合成中起了重要的调控作用，但是在柳枝稷和丝瓜中MYB61的功能尚不清楚。因此，本论文选取MYB61为研究对象，应用生物信息学分析方法挖掘基因资源，并利用遗传转化的方法获得过表达植株，通过对转基因植株的表型鉴定和木质素表征，揭示该转录因子在柳枝稷和丝瓜木质素合成过程中的功能。 本研究主要研究结果如下： 1.通过序列比对和进化树构建，鉴定了AtMYB61在柳枝稷和丝瓜中的同源基因，并命名为PvMYB61L和LcMYB61，这两个基因编码的蛋白具有R2R3-MYB转录因子家族的典型结构。 2.扩增PvMYB61L全长序列，并通过荧光定量PCR系统地分析该基因的组织表达模式，利用烟草瞬时转化技术考察其亚细胞定位。结果表明该基因定位于细胞核，在木质化组织中高表达。 3.获得柳枝稷PvMYB61L过表达阳性转化株系，过表达植株表现出明显的矮化表型。间苯三酚染色观察过表达植株木质素染色颜色相比野生型较浅；乙酰溴法测定过表达PvMYB61L柳枝稷木质素总量相比野生型降低；同时单体H型木质素和S型木质素降低，S:G的比例下降。 4.转录组分析PvMYB61L过表达植株发现差异基因主要参与了苯丙烷代谢途径和植物细胞壁的代谢；进一步分析转录组差异基因发现木质素合成关键酶基因显著下调，特别是负责单体聚合的过氧化物酶和漆酶。 5.通过体外实验验证PvMYB61L的下游靶基因，PvMYB61L可以抑制查尔酮合成酶CHS的表达。
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