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尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosphorylase, UGPase)是植物糖代谢的主要参与酶之一,其为葡萄糖合成代谢途径中的重要酶,主要用于尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-glucose, UDPG)合成与代谢,而UDPG又是植物体内各种多糖合成的底物之一。本研究最初从胡杨四个抗盐旱相关正选择基因中,筛选出一个UGPase功能类似的基因为研究对象,以胡杨(Populus euphratica Olive)和灰杨(Populus pruinosa Schrenk)为材料,利用组织培养技术,从胡杨／灰杨叶片中诱导继代出新鲜愈伤组织,通过提取胡杨／灰杨新鲜愈伤组织的总RNA和RT-PCR,首次克隆得到此胡杨／灰杨UGPase功能类似基因cDNA全长片段,以下简称为PeUGP和PrUGP。已有的研究显示,许多植株都含有2个或2个以上同源UGPs基因。例如,拟南芥就含有3个UGPs基因拷贝(At3g03250, At5gl7310和At3g56040)。基于本实验室已测胡杨/灰杨基因组数据的生物信息分析显示,胡杨/灰杨UGP亦为多拷贝基因。为证明克隆得到的PeUGP和PrUGP为对应同源基因以便于后续的功能研究,又分别提取了5个不同采集地点胡杨/灰杨愈伤组织总RNA,通过RT-PCR和TA克隆测序,最终,包括已克隆的序列,总共获得胡杨愈伤组织PeUGP序列15条(9条全长序列,6条部分序列),灰杨愈伤组织PrUGP序列10条(7条全长序列,3条部分序列),胡杨叶片PeUGP序列3条,灰杨叶片PrUGP序列4条,通过序列比对、聚类分析和同源性分析证明,所克隆的PeUGP和PrUGP为一对UGPase功能类似的同源基因,并存在7个稳定的SNPs位点差异；与其它植物UGPs的氨基酸序列比对显示,PeUGPase/PrUGPase与其它植物UGPs的氨基酸序列普遍存在45%-50%的相似性。拟南芥UGPase-A(PDB编号为2ICY)的三维晶体结构已被解析,以2ICY为模板,分别利用在线蛋白三维结构同源模拟软件SWISS-MODEL和Phyre2模拟PeUGPase和PrUGPase的蛋白三维结构。结果显示,PeUGPase与PrUGPase和拟南芥的UGPase-A高度同源,同样由碳端结构域、中心结构域(活性位点所在区域)、氮端结构域和糖结合结构域三部分组成,并包含核苷酸结合环(NB-loop)。为进一步证明PeUGPase和PrUGPase在特定盐分胁迫下的表达差异,选取三个时间参数——控制(Control,0天),短期(ST,1天)和中期(MT,4天)对胡杨/灰杨新鲜愈伤组织进行200mM NaCl处理。结果显示,胡杨和灰杨愈伤组织在短期和中期盐胁迫处理后,Na+含量都出现明显的梯度增加,而K+含量仅出现波动变化；相对于胡杨处理愈伤组织,灰杨处理愈伤组织在Na+和K+都保持相对较低水平情况下,其K+/Na+却高于胡杨,表明相对于胡杨,灰杨具有更强的抗盐能力。荧光定量PCR显示,当胡杨/灰杨受到短/中期盐分胁迫时,PeUGPase和PrUGPase含量都发生降低,但PrUGPase含量下降幅度明显高于PeUGPase,表明PeUGPase和PrUGPase参与植株盐胁迫,并且UGPase含量可能与植株盐胁迫能力负相关,即已知PrUGPase含量下降幅度高于PeUGPase情况下,灰杨抗盐能力将高于胡杨。