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白桦(Betula playlla Suk.)是中国北方重要的林木树种之一,其具有生长速度快、耐寒、耐旱等重要的特点,所以具有重要的研究价值。4-香豆酸:辅酶A连接酶(4-Coumarate:Coenzyme A Ligase)以下简称4CL,其是苯丙烷途径的最后一个酶,对于木质素的合成具有关键性的作用。4CL基因可以催化咖啡酸、p-香豆酸、芥子酸和阿魏酸生成相应的CoA酯,为植物次生代谢产物合成提供物质基础。本实验通过数据库检索找到了 3个白桦4CL基因序列,分别是Bp4CL1、Bp4CL2、Bp4CL3基因,并且分别构建它们的过表达载体和沉默载体。通过已知的基因序列在白桦基因组数据库内比对得到了Bp4CL 和Bp4CL3基因的启动子序列,并成功的构建了含有目的基因启动子的植物表达载体命名为Bp4CL1::GUS和Bp4CL3::GUS。亚细胞定位结果显示Bp4CL1基因定位在细胞膜上表达;Bp4CL2基因在细胞核内表达;Bp4CL3基因在整个细胞内都有表达。启动子瞬时表达并GUS染色分析显示Bp4CL1基因在白桦茎、叶和根中表达,在拟南芥的莲座叶时期都有表达,在开花时期的根、叶和花中都有表达;Bp4CL3基因在白桦根和茎中表达,在拟南芥的莲座叶时期都有表达,在开花时期的根、茎、叶、花中都有表达。由以上结果推测Bp4CL1基因可能是关于木质素的合成,Bp4CL3基因可能除了参与木质素的合成还具有其他功能,同时也表明Bp4CL1和Bp4CL3启动子具有转录活性。本实验获得了 1株过表达Bp4CL2转基因白桦阳性植株,并对其茎段组织化学染色观察观察发现在转基因阳性植株木质部染色比野生型深,表明其木质素含量增加。qRT-PCR结果显示在转基因的茎和叶柄中Bp4CL2基因表达量增加,表型统计结果显示,转基因植株的株高变矮,节间数量减少。所以以上结果表明Bp4CL2基因在植物的生长发育阶段具有重要的作用。