纤维素是植物细胞壁的主要成分，自然界中每年大约有1800亿吨的纤维素生成，这些植物纤维素可通过生物发酵手段降解为乙醇，是世界上可利用的重要的生物能源之一，存在着巨大经济价值。纤维素合成酶是纤维素合成过程中重要的酶类，通过对纤维素合成酶的研究，将为高效开发和利用这种能源奠定理论基础。　　 近年来，该领域研究的重大突破来自于植物纤维素合成酶基因(CesA)的发现。CesA基因是β-糖苷转移酶，有典型的氨基酸保守序列-DDDQxxRW(天冬氨酸，天冬氨酸，天冬氨酸，谷氨酰胺-x-x-精氨酸-色氨酸)。纤维素合成酶是一个六亚基复合体，这些亚基单体是由多个CesA基因合成并组装的。公共数据库里已经搜集了来自40多个不同植物的1400多个相关序列，新的序列还在不断增加。但是有关CesA基因的确切功能和不同CesA基因的系统发生关系尚未研究清楚，无论是基因结构、基因功能、基因相互作用，还是基因的表达模式以及酶的结构和作用模式，多集中于某单个物种CesA基因的研究，对多个物种纤维素酶的进化关系没有总的认识，以及作为秸秆主要来源物质的模式植物水稻中CesA基因的时空表达特性的相关研究也都比较匮乏。　　 鉴于此，本课题利用已全基因测序的三个代表性的模式植物物种-拟南芥(模式植物)、水稻(模式农作物)、毛白杨(模式木本植物)的基因组序列，对CesA基因家族的成员进行系统分析，构建系统发生树，了解CesA基因的进化关系，并以水稻为例对该基因家族的启动子元件和基因表达进行了分析，以探讨该基因家族的表达调控模式，得到的主要结果如下：　　 ①利用Genbank等数据库查找拟南芥和水稻中已鉴定的CesA基因，再通过DNAtool等软件与毛白杨全基因组序列比对分析后，最终确定了拟南芥10个、水稻11个和毛白杨约含17个的CesA基因。　　 ②利用Clustal X、MEGA3.0等软件对查找到的38个CesA基因比对分析，并构建系统发生树，结果显示CesA家族基因的蛋白长度大约为1000个氨基酸左右，外显子数目为12-14不等，家族基因内部的编码序列高度同源，其中双子叶植物拟南芥和杨树的相似程度高，离单子叶植物水稻的遗传距离近，表明CesA基因在物种分化之前就已经存在，并且不同物种内部尤其是杨树CesA基因家族内部发生了较多新近的基因重复，产生旁系同源基因，表明CesA基因家族在各个物种内部出现了基因扩张，且不同物种扩张程度不同；整个基因家族趋向于负选择压力。　　 ③利用PLACE数据库对水稻中CesA基因上游启动子区域元件进行预测，发现其可能受多种植物激素(如脱落酸、乙烯、生长素、赤霉素、水杨酸、茉莉酸等)、环境条件(如光信号、干旱胁迫、盐胁迫和温度等)的调节。　　 ④结合启动子分析结果及纤维素合成影响因素相关文献报道，选取了有代表性的植物激素脱落酸(ABA)和干旱胁迫进行处理，探讨了CesA基因在胁迫环境下表达调控的作用机理。结果发现，水稻中的CesA基因表达具有组织特异性，不同组织中的表达量存在差异；不同CesA基因表达情况也不尽相同；ABA处理后，大部分基因出现了基因表达下调的情况，但部分基因如OsCesA5表达不受影响；另外用PEG6000模拟干旱环境胁迫后，OsCesA1～OsCesA3的表达在6 h时出现一个高峰，OsCesA1-OsCesA8整体表达都有延迟的现象；其中OsCesA5、OsCesA6及OsCesA4、OsCesA7两组基因的表达模式变化有明显的相似性，推测其可能组装在同一个纤维素合成酶中，但还需进一步的验证。　　 本实验研究了三种代表性植物中CesA基因的进化关系，并结合启动子预测方法探究水稻中CesA基因的时空表达特性，为研究纤维素生物合成及表达机制提供了新的研究思路和方法。