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纤维素是植物物胞壁的主要组成部分,是最丰富的可再生资源。高等植物的纤维素生物合成是细胞生长和分裂、组织形成和分化中一个极其重要的生物化学过程。多年来,科学家们鉴定了多个物种的纤维素合酶基因,但纤维素生物合成的分子机理仍然不十分清楚。棉纤维是由棉花胚珠外珠被表皮层的单细胞分化发育而成的,成熟期棉纤维的纤维素含量几乎占细胞壁的95%,因此棉纤维是研究高等植物纤维素生物合成的理想材料。本研究以棉花为实验材料,克隆了2个新的纤维素合酶基因GhCesA6和GhCesA7的全长cDNA。这2个基因的cDNA分别包含3252 bp和3129 bp的开放阅读框,分别编码1083和1042个氨基酸的蛋白质。序列分析表明GhCESA6和GhCESA7具有纤维素合酶催化结构域基序"D, D, D, QXXRW", RT-PCR结果显示GhCesA6在棉花纤维的整个发育时期都高水平表达,GhCesA7在棉纤维次生壁合成时期表达水平显著升高。聚类分析显示GhCESA6参与初生细胞壁纤维素的合成,GhCESA7参与次生细胞壁纤维素的合成。克隆了GhPME1基因,该基因由3个外显子和2个内含子组成,cDNA包含1704 bp的开放阅读框,编码一个567个氨基酸的蛋白质,序列分析显示该基因含有果胶甲酯酶抑制剂(PMEI)和果胶酯酶(Pectinesterase)两个结构域,该基因在棉花纤维伸长时期表达水平显著升高,推测GhPME1可能有促进棉花纤维伸长的功能。制备了GhPME1的抗原；分别用E6和SCFP启动子构建了GhPME1和GhPEL的超表达载体；用E6启动子分别构建了GhPME1和Ghβ-1,3-glucanase的RNAi载体；用花粉管通道法进行棉花转基因操作,正在进行阳性苗的筛选工作。优化棉花纤维素合酶活性检测方法,活性分析结果表明,沉降速度离心法优于蔗糖密度离心法；在原生质膜提取时加入纤维素酶,有助于提高膜蛋白提取物中GhCESA1和GhCESA2含量,使得合成产物量显著增加；体外氧化还原实验显示,加入二硫苏糖醇导致合成产物量减少,表明纤维素合酶活性受氧化还原状态的影响；体外磷酸化实验表明,磷酸化／去磷酸化作用不影响合成的产物量。不同发育时期的棉花纤维体外合成实验表明：次生壁时期棉纤维的纤维素合酶活性比初生壁时期的高。