拟南芥是重要模式植物,已发现10个纤维素合酶基因(AtCesA1~AtCesA10)。AtCESA1、AtCESA3、AtCESA6是初生壁纤维素合酶基因,AtCESA4、AtCESA7、AtCESA8是次生壁纤维素合酶基因,分别参与拟南芥不同生育期的纤维素合成;根据突变体的表型变化推测AtCESA2、AtCESA5、AtCESA9对AtCESA6可能存在部分功能冗余。但AtCESA2、AtCESA5对AtCESA6的冗余过程,AtCESA2、AtCESA5在纤维素合成中的作用等问题还不清楚。
　　本实验根据拟南芥8个纤维素合酶基因(AtCesA1~AtCesA8)序列,在高变区Ⅰ处设计引物,合成了GST-AtCESAs融合蛋白,制备了抗体。以AtCesA6突变体为材料(prc1-1、cesa6),从基因水平、蛋白水平和细胞壁成分三方面研究了在光暗条件下AtCESA2和AtCESA5对AtCESA6的冗余功能,探讨AtCESA2、AtCES-A5在纤维素合成中的作用。
　　主要结果如下:
　　1.纤维素合酶抗体的制备和检测制备了AtCESA1~AtCESA8的多克隆抗体。Western-blotting检测发现:AtCESA4和AtCESA7有严重的交叉反应,所以这两个抗体不能使用;其它抗体都能在拟南芥原生质膜上免疫出相应的特异条带。
　　2.光暗处理下拟南芥下胚轴AtCesAs的表达分析GUS染色结果和Real-time PCR结果表明:AtCesA1、AtCesA3、AtCesA6暗处理下表达明显增加;AtCesA2暗处理下表达量较低,而暗转光后表达量明显增加;AtCesA5光暗处理下表达变化趋势不显著。
　　3.光暗处理下拟南芥突变体纤维素合酶基因水平分析与野生型相比,突变体prc1-1、cesa6光暗处理下的AtCesAs的表达都显著降低;光暗比较发现:暗处理下prc1-1、cesa6的AtCesA1、AtCesA3、AtCesA5的表达明显高于光处理。
　　4.光暗处理下拟南芥突变体纤维素合酶蛋白水平分析与野生型相比,光暗处理下prc1-1、cesa6原生质膜总蛋白中的AtCESA6显著降低,AtCESA5显著增加。光下AtCESA2在AtCESAs中所占的比例并没有明显的变化,而暗处理下AtCESA2在AtCESAs中所占比例显著降低。
　　因此推测,AtCESA5在光暗9天的prc1-1、cesa6中都能替补AtCESA6的部分功能,维持突变体存活;AtCESA2只在光下9天的prc1-1、cesa6中弥补AtCESA6的部分功能,使植株能够正常生长。但是在突变体纤维素合酶复合体中AtCESA1、AtCESA3、AtCESA6、AtCESA2、AtCESA5的含量都降低了。与野生型相比,光下突变体prc1-1、cesa6的纤维素合成量显著增加,胼胝质合成量没有明显变化,cesa6的更为显著;而暗处理下纤维素、胼胝质合成量显著降低,prc1-1的更为明显。
　　5.拟南芥突变体成分分析与野生型相比,光下9天,prc1-1的晶体纤维素显著下降,非晶体纤维素显著增加;cesa6的晶体纤维素含量降低了,非晶体纤维素、半纤维素、果胶质、可溶性糖都显著增加。暗处理9天,prc1-1的晶体纤维素显著下降,非晶体纤维素、半纤维素、果胶质、可溶性糖都显著增加;cesa6的晶体纤维素显著下降,非晶体纤维素没有明显变化,而半纤维素、果胶质、可溶性糖都显著增加。
　　6. AtCesA6突变后对次生壁的影响与野生型相比,prc1-1、cesa6秸秆的果胶质显著增加,半纤维素、非晶体纤维素和晶体纤维素都显著降低,木质素变化不显著。prc1-1、cesa6秸秆纤维素的聚合度、结晶度没有明显的变化;半纤维素的支链有明显的增多;木质素单体的H显著增加,G、S显著降低。
　　与野生型相比,cesa6的纤维素酶酶解产糖率最高增加(8.83±0.87)％,prcl-1增加(5.68±0.49)％;而IRX-3的增加了(36.63±2.67)％。