苎麻纤维素与非纤维素多糖代谢机理及相互关系研究

采用分子生物学手段，免疫细胞化学实验技术,结合生物信息学方法，以中国特色植物苎麻为材料，着眼于光合作用最大的产物，也是苎麻产量形成主要因素- - 纤维素和非纤维素多糖，使用自主克隆的内源基因，通过基因表达调控技术（RNA干扰技术、反义RNA技术和过表达技术），创建转基因苎麻群体作为研究材料。采用差异显示技术获得苎麻不同组织部位表达差异的基因以备本项目候选，以实时定量PCR的方法比较非转基因苎麻和转基因苎麻群体中候选基因的表达情况，分析转基因材料纤维素和非纤维多糖含量变化及其在细胞中的分布动态和组织结构变化情况，筛选、鉴定苎麻内源的与纤维素和非纤维多糖生物合成相关的基因。综合苎麻基因表达情况、相应代谢酶活性调节效果、纤维素和非纤维素多糖动态变化、组织结构变化情况，分析阐明苎麻纤维素和非纤维素多糖代谢机理及相互关系。为阐明韧皮纤维植物纤维素和非纤维素多糖代谢机理提供依据，挖掘新的基因。

本项目克隆部分苎麻纤维素和非纤维素代谢途径中的基因，获得转基因苎麻植株，探索苎麻基因表达情况、纤维素和非纤维素多糖动态变化、纤维素和非纤维素多糖代谢机理及相互关系,为阐明韧皮纤维植物纤维素和非纤维素多糖代谢机理及挖掘新的基因提供依据。运用分子生物学手段，结合生物信息学方法，以“湘苎三号”为材料，着眼于苎麻产量形成主要因素---纤维素和非纤维多糖，使用自主克隆的内源基因，通过基因表达调控技术，创建转基因苎麻植株。采用差异显示技术获得苎麻不同组织部位表达差异的基因，从中选择本项目的候选基因，以实时定量PCR的方法以及RNA-RNA原位杂交技术方法，比较苎麻不同生长时期和不同部位候选基因的表达情况，分析苎麻中纤维素和非纤维多糖含量变化及其在细胞中的分布动态和组织结构变化情况，筛选、鉴定苎麻内源的与纤维素和非纤维多糖生物合成相关的基因。结果：1.基于转录组测序GO分类的韧皮部与木质部差异Unigene共3786条，其中主要为细胞的程序、代谢过程、细胞、结合、催化活性等。2. 克隆了个7个苎麻木质素生物合成途径中候选关键酶基因，PAL、C4H、CCOAoMT、4CL和CCR五个基因在苎麻不同时期不同部位的荧光定量分析表达差异较大，其中，PAL、C4H和CCOAoMT三个基因的RNA-RNA原位杂交分析和荧光定量分析结果差异较大。3. 克隆了9个苎麻纤维素生物合成途径中候选关键酶基因，其中，BnCesA3，6392，BnCesA2，789基因在成熟期木质部和韧皮部的荧光定量分析，表达均有一定的差异；另外构建ABP1基因干扰表达载体及转化苎麻，获得转基因苎麻苗；4. 筛选果胶代谢路径中的候选UDPGDH和CalAT基因在不同组织中及不同时期的荧光定量表达情况有一定的差异。5. 通过生物化学方法测定苎麻中纤维素和非纤维素多糖成分含量的结果显示，在整个生长时期，苎麻中纤维素的含量在成熟后期达到最大；木质素的含量在成熟后期达到最高；果胶含量逐渐增加，成熟期以后果胶含量有所减少；半纤维素的积累在四个不同的生长期基本处于稳定状态，占干重的20%~30%左右。