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竹子是我国最具价值的森林资源之一,在保障生态安全、木材安全等方面均发挥着重要作用。我国是世界上竹子资源最丰富的国家,其中毛竹(Phyllostachys edulis)是最具优势的竹种,其材性优良,对缓解木材供给不足的问题具有重要作用。木质素是竹材的主要组成部分,其含量对竹材的材性起着决定性作用,因此研究竹子木质素生物合成具有重要价值。肉桂酰辅酶A还原酶(CCR)是木质素生物合成途径中的关键酶之一,对木质素生物合成途径的碳流具有重要的调控作用。本研究以毛竹为材料,对其中CCR家族基因成员进行了全基因组分析,并着重对PeCCR1进行了深入研究。主要研究结果如下:1.毛竹CCR家族基因成员全基因组分析采用生物信息学分析方法,在毛竹基因组数据库(Bamboo GDB)中获得14条CCR基因候选序列,进一步分析发现有10个基因编码的蛋白具有完整的保守结构域,依次命名为PeCCR1～PeCCR10。PeCCRs的内含子数量、长度和所处位置均存在较大差异,如PeCCR2有5个内含子,而PeCCR5没有内含子;内含子最长的为4090 bp,最短的仅为89 bp。PeCCRs编码的氨基酸序列长度范围为136～391 aa,推测分子量在14.97～43.05 k Da之间,理论等电点介于5.60～8.31之间。PeCCRs的氨基酸序列在N-端和C-端均存在明显的差异,二级、三级结构进一步表明了其差异,但中部序列具有很高的一致性,都含有肉桂酰辅酶A还原酶家族蛋白特有的保守结构域和催化位点,表明其进化上是比较保守的。2.PeCCRs的表达分析基于转录组数据的基因组织表达特异性分析表明,PeCCRs在各组织中的表达量差异明显,如PeCCR3在根和叶中没有检测到表达,PeCCR9在20 cm笋中的表达是所有PeCCRs最高的,而PeCCR5在50 cm笋中则是所有检测到PeCCRs中最低的。由此表明,PeCCRs基因功能存在一定的差异。利用实时定量PCR对2个基因(PeCCR1和PeCCR5)进一步验证,结果表明,不同组织中PeCCR1和PeCCR5的表达量存在一定的差异,PeCCR5的相对表达量明显高于PeCCR1,且PeCCR1在根中的表达量最高,而PeCCR5在茎中的最高,表达的差异说明它们在不同组织中的功能存在一定的差异。另外,随着笋高度的增加,2个基因的表达均呈上升趋势,均在6.7 m时表达量达到最高,而且PeCCR5上升幅度明显高于PeCCR1,说明它们在笋的木质化过程中发挥类似的作用。3.PeCCR1基因功能分析根据PeCCR1序列设计特异性引物,采用PCR方法获得PeCCR1完整的开放阅读框(1026 bp)序列。构建PeCCR1的植物超表达载体,使用蘸花法转化野生型拟南芥。抗性筛选获得了抗性株系,获得了转基因株系2个,并通过RT-PCR分析,表明PeCCR1在转基因株系中得到表达。表型分析发现,转基因株系与野生型株系外部形态存在明显差异,前者叶片明显大于后者,前者出苔时间早于后者。通过切片组织化学染色法及乙酸-溴乙酰法测定木质素含量结果显示,转基因株系茎中木质素均有所增加。由此表明,超表达PeCCR1促进了转基因株系的生长发育和木质素积累。本研究为全面了解毛竹CCR基因的功能奠定了基础,对于揭示CCR基因通过参与木质素生物合成来影响竹子材性具有重要意义,有助于进一步利用基因工程技术来调控植物木质素含量。