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水平基因转移（horizontal gene transfer,HGT）是指在具有生殖隔离物种之间进行遗传物质的交换,是产生新基因从而促进物种适应性进化的重要方式。在植物陆地化进程中,陆生植物的祖先物种通过水平基因转移的方式获得了与植物适应陆地恶劣环境相关的新基因。植物细胞壁是陆生植物进化过程中最重要的创新之一。植物进化出更坚硬的细胞壁提高抗倒伏性和胁迫耐受能力,对其在陆地上的生长至关重要。岩藻糖（Fucose）是细胞壁多糖的重要组分,已有研究表明岩藻糖能通过调节木葡糖和纤维素微纤维的相互作用来影响细胞壁的机械性能。作为L-岩藻糖的活化形式,GDP-岩藻糖（GDP-fucose）主要通过从头合成和补救途径两种方式合成。L-岩藻糖激酶/GDP-L-岩藻糖焦磷酸化酶（L fucokinase/GDP-L-fucosepyrophosphorylase,FKP）是一种双功能酶,是岩藻糖合成的补救途径中的关键酶,能直接将游离的L-岩藻糖合成GDP-岩藻糖。目前尚没有对FKP基因的起源和进化的分析报道,也没有对该基因在植物中开展系统的生物学功能研究。本研究基于基因同源序列分析和系统进化分析,揭示了绿色植物FKP基因的起源和进化模式,通过分子生物学研究,阐明该基因在植物细胞壁发育中的作用。主要研究结果包括:（1）序列同源性搜索分析发现,FKP基因在绿色植物中广泛存在,且在几乎所有已测序的绿色植物基因组中至少包含一个FKP基因;利用绿色植物FKP基因序列进行了系统进化分析,结果发现所有绿藻FKP基因和链型植物FKP基因分别形成两个独立的分支;序列一致性和基因结构分析发现,绿藻与链型植物KFP基因的序列同源性较低,其基因结构差异也较大。表明绿藻和链型植物FKP基因可能是独立起源的。（2）序列分析还发现,大部分细菌类群中均有FKP同源基因的存在,表明FKP基因最早可能起源于细菌;系统进化树分析发现,所有链型植物和绿藻FKP基因分别形成两个独立的分支;序列相似性分析发现链型植物FKP基因与来自细菌的同源序列有最高的相似性,一些保守基序也只存在于链型植物和细菌FKP蛋白序列中,另外一些保守基序也只存在于绿藻和其他细菌FKP蛋白序列中,表明链型植物和绿藻FKP基因分别通过两次HGT起源于不同的细菌;进一步分析还发现,绿藻和链型植物FKP基因在水平转移基因事件发生后的短时间内经历了由正选择作用驱动的适应性进化。（3）GUS染色分析和qRT-PCR分析发现,OsFKP在水稻的根、茎、叶、叶鞘及穗中均有表达,并且在茎杆中的表达量相对较高;此外,OsFKP基因还受到干旱和紫外线胁迫处理的诱导表达;亚细胞定位分析发现OsFKP蛋白定位在细胞质中。（4）构建水稻OsFKP基因的过表达和突变体系,进行农艺性状考察,发现OsFKP过表达植株的株高和各节间长度都显著小于野生型,突变体植株则相反;组织切片观察显示,OsFKP过表达植株的茎秆细胞长度显著短于野生型,突变体则相反;qRT-PCR分析也发现OsFKP过表达植株中细胞扩张相关基因的表达量显著低于野生型,突变体则相反,表明OsFKP基因可能通过影响细胞扩张相关基因的表达量来改变茎秆细胞长度从而导致株高的变化。（5）与野生型植株相比,OsFKP过表达植株的茎秆强度显著增高,倒伏指数显著降低,而突变体植株则相反;此外,OsFKP过表达植株的叶片披垂角较小,株型较紧凑,而突变体植株的叶片披垂角较大,株型较松散,表明该基因正调控水稻植株的抗倒伏性,并对水稻的株型结构有显著影响。（6）对OsFKP各转基因株系进行干旱和紫外线胁迫处理,结果发现干旱处理复水以及紫外线处理恢复正常生长后,OsFKP过表达植株的成活率都显著高于野生型,突变体植株则相反,表明该基因显著增强水稻植株对干旱和紫外线胁迫的耐受性。（7）透射电镜观察发现,OsFKP过表达植株茎秆第三节间的厚壁组织细胞壁厚度较野生型显著增厚,突变体则相反,表明该基因正调控植株细胞壁厚度,可能通过增加细胞壁厚度来提高植株机械强度和抗倒伏性,增加对干旱和紫外线胁迫的抗性。（8）对OsFKP各转基因株系的细胞壁糖含量进行测定,发现OsFKP过表达植株中纤维素、半纤维素含量显著高于野生型,而突变体中相反;对茎秆横向切片进行纤维素染色分析,结果也表明OsFKP过表达植株中纤维素含量较野生型植株显著高,突变体植株相反;qRT-PCR分析发现纤维素合成酶相关基因在OsFKP过表达植株中的表达量显著高于野生型,突变体中相反,表明该基因可能通过调控纤维素合成酶相关基因的表达影响纤维素等组分含量从而影响细胞壁厚度,并进一步影响植株机械强度。（9）与野生型相比,OsFKP过表达植株中的L-岩藻糖含量显著降低,而突变体植株中L-岩藻糖含量则显著增加,表明该基因能促进游离的L-岩藻糖在水稻体内进行转化,证明该基因的编码蛋白在水稻体内具有OsFKP双功能酶的活性。研究结果不仅阐明了链型植物和绿藻FKP基因是通过两次独立的HGT事件起源于细菌,揭示了 HGT起源基因在植物细胞壁发育中发挥着重要作用,还为水稻抗倒伏性和植株形态的遗传改良提供了一个新的靶基因。