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魔芋(Amorphophallus)是目前唯一能大量合成葡甘露聚糖的经济作物,而且葡甘露聚糖主要贮藏于地下球茎中。Expansin是对植物生长发育具有广泛效应的酶蛋白,其家族成员众多,目前已经在不同种属植物中进行了大量的基因克隆和功能验证,发现它们在根、茎、叶、花、果实等多个植物器官生长发育过程中参与调控,其在生物工程上的应用前景非常广大。近年来研究证明,Expansin对植物变态茎的发育也有明显的促进作用。因此,对Expansin基因序列、初步功能及表达模式的深入研究,可以为其生物应用的研究探索提供理论依据。本研究以白魔芋(Amorphophallus albus,Aa)和花魔芋(Amorphophallus konjac,Ak)的Expansin蛋白编码基因EXPA家族为切入点,并基于花魔芋转录组数据库,分别克隆到其4个家族成员,进行了生物信息学分析和基因表达分析,得到主要结果如下:1.通过设计保守区的简并引物,PCR扩增获得同源基因保守序列,再结合花魔芋转录组数据库,通过手动拼接与电子克隆获得白魔芋和花魔芋EXPA基因家族各4个成员,分别命名为AaEXPA1、4、8、13与AkEXPA1、4、8、13,并且已将其基因组DNA全长序列上传到NCBI数据库。2.通过基因结构分析,发现白魔芋和花魔芋各基因的内含子分布方式相同,都含有EXPA基因保守的内含子1和内含子2,且其剪接方式均符合真核生物内含子GT-AG的剪接模式。3.AaEXPA1、4、8、13与AkEXPA1、4、8、13基因编码的氨基酸序列均含有N端的信号肽,8个半胱氨酸(Cysteine,C)残基,羧基末端的4个保守色氨酸残基,以及Expansin蛋白典型的DPBB催化结构域、CBM63结合结构域,以及两者之间的活性区域。除了AaEXPA13和AkEXPA13没有HFD,其余基因均含有HFD域。系统进化树分析中,8个基因被分成4个亚家族,推测与各自亚家族中其它EXPA基因具有相似的功能。4.通过构建pET32a(+)-AaEXPA1、4、8、13与pET32a(+)-AaEXPA1、4、8、13原核表达载体,转化Transetta(DE3)感受态进行诱导,最终融合蛋白成功表达。5.以EIF4A为内参基因,利用荧光定量PCR技术,分别对白魔芋和花魔芋的4个EXPA基因进行时空表达模式分析。结果表明,AaEXPA1在根茎叶中的表达量均随着发育时期的推移而递减;AaEXPA4在叶片中几乎不表达,而在继续膨大期的根和球茎中表达量极显著高于其他时期;AaEXPA8在根中的表达量差异极显著;随着发育时期的推进,AaEXPA13在根茎叶中的表达总体上呈现出先增加后降低的趋势。AkEXPA1在继续膨大期的根和成熟期的球茎中有大量的表达;AkEXPA4在根茎叶中的表达基本呈递减的趋势在球茎快速膨大期;AkEXPA8的表达量极显著高于其他时期;AkEXPA13在根和球茎中的表达量随着发育而先增后降。在白魔芋和花魔芋的球茎发育关键时期表达量最高的是AaEXPA4和AkEXPA4,且极显著高于其他基因。6.通过hiTAIL-PCR方法成功克隆到AaEXPA4和AkEXPA4两个基因的启动子序列AaEXPA4-pro和AkEXPA4-pro,分别长1898bp与1592bp。生物信息学分析发现,两个基因分别具有39和33种调控元件。除具有启动子基本元件外,还含有MYB转录因子结合位点,胚乳表达、热胁迫、激素应答、生长周期顺式调控等等多种顺式元件,其中只有AaEXPA4-pro含有低温和生长素诱导等调控元件。成功构建了植物表达载体pBI121-AaEXPA4-pro与pBI121-AkEXPA4-pro,釆用农杆菌介导法将其转入烟草进行瞬时表达,检测到该启动子能驱动下游报告基因的表达。7.白魔芋和花魔芋在不同发育时期和不同组织部位中各基因的表达情况各有不同,因此,通过构建已经分离到的基因的超表达载体EXPAn-2301G,为后期的转基因功能验证奠定基础。