植物初生细胞壁CesAs基因的功能分析

发布时间：2020-08-10 18:23

【摘要】：纤维素是植物细胞壁的主要成分,影响细胞壁的理化特性和生物质利用。纤维素是由纤维素合酶(Cellulose synthase,Ces A)复合体催化合成。纤维素合酶基因家族已分为初生和次生细胞壁纤维素合酶两类。其中次生壁纤维素合酶基因在细胞壁合成和植物生长发育中的一些功能业已研究,但初生壁纤维素合酶基因的相关功能报道较少。本研究分析了水稻和拟南芥初生壁合成相关基因在水稻中的功能,初步解析了初生壁对水稻生长发育的影响,测定了木质纤维素的产糖效率。其主要结果如下:1.鉴定了水稻OsCesA5基因T-DNA插入突变体,纯合水稻突变体株高和茎秆各节间长度均显著降低。水稻超表达OsCesA5基因可以促进转基因水稻幼苗和倒1节节间伸长。2.基于Q-PCR基因表达量定量分析,突变体Oscesa5-3材料中与初生壁合成相关的Os Ces A3、5、6基因表达量显著下降,与次生壁相关的Os Ces A4、9表达量升高,而超表达p35S::OsCesA5水稻转基因材料植株相关基因表达量呈相反的趋势。3.透射电镜观察细胞壁厚度,突变体初生壁变薄而次生壁厚度不变;超表达植株初生壁加厚,次生壁变薄。4.测定成熟茎秆纤维素的聚合度(DP)和结晶度(Cr I),突变体纤维素的DP和Cr I均显著降低,而超表达植株则显著升高。5.分析成熟茎秆细胞壁成分,突变体中纤维素、半纤维、木质素含量显著降低,超表达植株中均显著升高。6.突变体中半纤维素合成相关基因GT43和木质素合成相关基因4CL1、4CL3、4CL4表达量均显著下降,超表达植株中相关基因表达量均显著上升。7.在1%NaOH预处理条件下,突变体木质纤维素酶解产糖效率显著提高,乙醇产量高达21%(%干重)。8.在水稻中异源超表达拟南芥At Ces A3、6、7、9,其转基因植株株高均显著降低。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q943
【图文】：

植物细胞壁,结构模型,次生细胞壁,初生壁

1.1 植物细胞壁的特性1.1.1 植物细胞壁的结构植物细胞壁位于细胞膜的外侧，包括初生壁（primary cell wall, PCW）、次生（secondary cell wall, SCW）以及胞间层（middle lamella）（Rytioja et al 2014）。生壁位于胞间层内侧，在细胞分裂和伸长时期合成，具有柔软性和可塑性。在某些次生细胞的初生细胞壁内侧位置，次生细胞壁在细胞停止伸长之后才开始沉积。因此初生壁对于细胞大小有着决定性的作用，而成熟的次生细胞壁具有刚性，是增加细胞壁机械支撑力的重要决定因子。

模型图,植物,模型,木葡聚糖

与纤维素不同，半纤维素等细胞壁非纤维素多糖在高尔基体内组通过高尔基体囊泡融合到细胞膜上与纤维素微纤丝关联（Driouich et al 1993）。合成位置不同，非纤维素聚合物可能不会直接影响纤维素的合成过程。已经有表明双子叶植物初生壁半纤维素含量最多的木葡聚糖（Xyloglucan）可能在纤微纤丝之间氢键的形成过程中发挥很大作用（Bashline et al 2014）。1973 年 Keegstra 等人首先提出了纤维素微纤丝与木葡聚糖的间接联系，在早期胞壁结构模型研究中，认为木葡聚糖通过氢键与纤维素微纤丝结合，通过共价果胶结合。最新的研究对 XyG/cellulose 交联的模型提出了质疑，人们在芹菜薯、洋葱等植物细胞壁中只有少量的木葡聚糖，不足以与大量的纤维素微纤丝（Thimm et al 2002，Zykwinska et al 2005）。此外，未检测到木葡聚糖的突变体xxt2，表现出一个相对温和的表型，表明 XyG/cellulose 交联的方式可能不是唯，细胞壁非纤维素聚合物与纤维素之间还存在其他连接方式（Cavalier et al 2008 and Cosgrove 2012）。

插入位置,突变体鉴定,外显子,突变体

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位（毕业）论文3 结果与分析3.1 OsCesA5 基因 T-DNA 插入突变体鉴定从韩国庆熙大学购买的 OsCesA5 突变体共 3 种不同插入类型，编号 Oscesa5-1Oscesa5-2 和 Oscesa5-3。由图 3.1 可知，Oscesa5-1 的 T-DNA 插入到第一个外显子上，Oscesa5-2 的 T-DNA 插入到第 8 个外显子，Oscesa5-3 有两段 T-DNA 插入，均插入到第 7 个外显子，两段 T-DNA 插入位置间隔 20 bp。A

【参考文献】