木材形成是一个受到基因严格调控的复杂生物学过程,若通过分子育种技术来改良木材品质,首先需要深入了解木材形成过程的分子机制,即研究控制木材形成的关键基因及其相互作用机制,以实现有目的地进行分子育种设计,最终达到调控木材形成、改良木材品质的目的。钙调素(Calmodulin,CaM)是一种分布最为广泛,功能最为重要的钙依赖性调节蛋白,作为Ca2+的细胞内受体影响Ca2+浓度,并通过激活一系列的靶酶和非酶蛋白质,调控由Ca2+引起的一系列生理生化反应。PtCaM在毛白杨形成层部位“高丰度表达”,表明PtCaM有可能参与树木次生生长的调控过程。为了研究PtCaM与树木生长和发育的关系,本研究克隆得到毛白杨PtCaM,通过基因工程技术研究其在杨树中的超表达对形成层活动和次生维管组织发育的影响。本文的主要研究结果如下:(1)利用RT-PCR方法,从毛白杨形成层组织制备的cDNA中分离得到PtCaM cDNA,并进行测序和序列分析。分析结果表明,克隆的PtCaM cDNA片段总长为642bp,基因内部含有大小为447bp的完整开放阅读框架,可编码长度为149个氨基酸残基的蛋白质多肽。PtCaM与胡萝卜、毛果杨、拟南芥、玉米和小麦的CaM高度同源,同源性分别为100%、99%、99%、98%、97%。(2)为了研究PtCaM对形成层活动和次生维管组织形成的影响,构建PtCaM超量表达载体,采用农杆菌介导转化84K杨,获得转基因植株。实时荧光定量PCR检测表明,PtCaM在转基因植株中超量表达,最高约为对照植株的11.9倍。通过表型观察和方差分析发现PtCaM正义转基因植株苗高平均比对照植株高9cm,地径平均比对照植株大0.59cm,成熟叶的形态与对照植株相比发生明显变化,且均差异极显著。对杨树茎横切面进行切片观察发现,PtCaM正义转基因植株木质部区域的细胞层数明显增多,但细胞体积基本没有变化。此外韧皮部和形成层区域的细胞层数也几乎没有变化。这些结果说明PtCaM的超量表达导致了形成层细胞的分裂从而对木质部区域的细胞增殖起上调作用,进而对植株的生长发育造成了影响。