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造纸业中常用的木浆原料包括针叶树和阔叶树,其中针叶树是最好的原料,但针叶树的生长缓慢,限制了在造纸业中的应用。要满足纸浆供应的需求,一个重要的途径是大量采用阔叶木。白桦是东北地区和黑龙江省的主要阔叶树种之一,其适应性和抗逆性较强,生长速度较快,纤维的长宽比(56.7)也适合造纸用。但树木中的木质素含量较高(针叶木为26-30%,阔叶木为23-30%),而木质素是导致造纸成本增加和严重环境污染的主要原因。因此,降低造纸原料中的木质素含量是源头治理造纸污染的新思路。本研究利用现代生物技术,分离白桦木质素生物合成相关酶CCoAOMT基因和4CL基因,并对CCoAOMT基因进行烟草木质素生物合成调控,研究其功能和调节机制。这会为通过降低造纸原料树种的木质素含量或改变其组分,培育白桦优良纸浆材新品种作一基础研究。 木质素是植物体中仅次于纤维素的一种重要大分子有机物质,在植物体中含量为15%-30%。木质素生物合成是一个多途径、有十多种酶参与的复杂的生化反应,咖啡酰CoA 3-0-甲基转移酶(CCoAOMT)和4-香豆酸:CoA连接酶(4CL)是其中两个重要的酶。 本研究第一项内容是应用RT-PCR技术从白桦分离出CCoAOMT基因和4CL基因的cDNA全长序列,分别为744bp和1629bp。BLASTN序列分析结果表明:与白桦CCoAOMT cDNA核苷酸序列同源性最高的是野草莓(Fragaria vesca),为88%,其次为葡萄(Vitis. vinifera),同源性为86%;与白桦4CL cDNA核苷酸序列同源性最高的是胡桃(Juglans. spp),同源性为85%,然后依次为悬钩子(Rubus. spp)为81%、紫穗槐(Amorpha fruticosa)为80%、苗栗野红豆(Glycine max L.)为79%和烟草(Nicotiana tabacum)为79%。BLASTP序列分析结果表明:与白桦CCoAOMT氨基酸序列同源性最高的是楮树(Broussonetia papyrifera),为92%,其次为颤杨(Populus tremuloides)和拟南芥(Arabidopsis thaliana),同源性均为91%;与白桦4CL氨基酸序列同源性最高的是悬钩子,为77%,其次是响毛杨(Populus tomentosa),为76%。 利用DNA分析软件对多种植物CCoAOMT基因和4CL基因cDNA序列进行多序列比较,结果表明:(1)对于一对特定的两种植物,相同基因的氨基酸序列的同源百分率比核苷酸序列高;(2)基因序列(包括核苷酸序列和氨基酸序列)越长,同源百分率越低。白桦4CL基因核苷酸序列长为1629bp,和其它植物相比,同源百分率范围是58.2%—73.6%,CCoAOMT基因核苷酸序列长为744bp,同源