杨树作为重要的经济林和生态林树种,广泛分布于世界各气候带。在杨树的整个生活史中容易受到外界环境的胁迫,造成一定的经济损失。目前,借助基因工程技术,定向培育抗逆新品种已经成为杨树抗性育种的新趋势。大量的研究报道已经证实,脂肪酸氧合酶(Lipoxygenase,LOX)途径产生的下游产物茉莉酸类物质(JAs)和绿叶挥发性物质(GLVs)在植物的抗逆过程中起着举足轻重的作用。作为LOX途径中的第一个关键限速酶,研究LOX基因的功能可以为提高植物的抗逆性提供重要的理论指导。近些年来,关于LOX基因的报道越来越多,但在杨树中关于LOX的研究还不多见。因此本研究以生物信息学作为切入点,在全基因组层面上对杨树LOX基因家族的成员进行鉴定与分析。以LOX基因家族为研究对象,探究四种模式植物LOX基因家族的进化历程与复制事件。并对杨树PtLOX11基因进行了功能研究,主要研究结果如下:1.借助Phytozome数据库,通过Blast同源搜索,共有20个LOX基因在杨树中被鉴定出来。基于进化关系的分析结果,杨树LOX基因成员被分为两大亚家族(9-LOX和13-LOX)。基因结构及保守结构域的分析结果显示,杨树LOX基因序列保守程度高,且处于同一亚家族的LOX基因保守基序十分一致。染色体定位结果显示,20个LOX基因在杨树的9条染色体上分布是随机的。基因复制事件的研究结果表明串联复制是杨树LOX基因扩张的主要方式。2.对杨树LOX基因的电子芯片表达谱数据进行统计,发现LOX基因在各个组织中均有表达。在病原菌侵染,外源MeJA处理和机械伤害的情况下,杨树中的LOX表达量均有所变化,说明LOX基因参与了杨树的逆境响应。通过实时荧光定量PCR技术,对LOX基因在外源茉莉酸甲酯诱导下基因的表达量变化进行统计分析,发现大部分杨树LOX基因的表达量都发生了变化,有部分复制基因对的表达模式出现了明显的差异。3.利用现有的基因组数据库信息与已发表的文献,在葡萄和番木瓜中分别鉴定出13和11个LOX基因,结合杨树中的20个LOX基因和拟南芥中的6个LOX成员作为研究对象,分析这四个模式植物的基因组结构及进化模式。进化树聚类结果显示,这50个LOX基因被分为9-LOX和13-LOX两大类。外显子和内含子结构分析结果表明杨树和番木瓜的LOX基因拥有较为稳定的结构,而拟南芥和葡萄中的LOX基因在结构上发生了较大的变化。结构域和基序分析表明四种模式植物的LOX蛋白均具有Lipoxygenase和PLAT结构域。处于同一亚家族的基因成员具有相似的结构和一致的保守基序组成。4.共线性分析结果表明杨树、葡萄、拟南芥和番木瓜的染色体区域之间存在强烈且保守的微共线性关系,每个物种内除了全基因组复制事件还存在其他独立的重复事件。进化速率分析结果显示:除了葡萄中的VvLOX6/11外,所有旁系同源和直系同源基因对的Ka/Ks比值均小于1,这说明在四种模式植物LOX基因的进化历程中纯化选择依然占据主导地位。5.综合进化分析,电子芯片表达谱数据和MeJA诱导下的基因变化情况,筛选了一个受茉莉酸甲酯瞬时且持续诱导表达的候选基因PtLOX11,并从南林95杨中克隆得到了该基因的全长序列。PtLOX11基因ORF长度为2643 bp,共编码880个氨基酸。与毛果杨数据库公布的序列长度一致,有4个核苷酸和1个氨基酸的不同。核苷酸序列分析表明,克隆得到的PtLOX11基因含有两个典型的脂肪酸氧合酶结构域,分别为Lipoxygenase(位于63-286氨基酸位置)和PLAT_LH2(位于12-59氨基酸位置)。6.借助大肠杆菌表达系统获得PtLOX11重组蛋白。酶活分析结果表明,当PtLOX11重组蛋白以亚油酸为底物反应时,最适pH值为4.5。高效液相色谱法鉴定PtLOX11重组蛋白与亚油酸的反应产物为9-HPOD,因此PtLOX11属于9-LOX类型。亚细胞定位结果显示,PtLOX11-GFP融合表达蛋白定位于植物的细胞质和细胞膜中。综上,本研究通过生物信息学方法对杨树LOX基因在全基因组水平上进行鉴定及分析。采用比较基因组学方法对4种模式植物LOX基因家族的进化与复制事件进行研究。克隆得到PtLOX11基因,并通过原核表达、高效液相色谱、亚细胞定位等方法对杨树LOX蛋白的酶学特征和基因表达特征进行研究。通过构建过量表达载体转化拟南芥,利用CRISPR-Cas系统对杨树PtLOX11基因进行定向敲除并转化南林95杨,为进一步开展杨树脂肪酸氧合酶功能研究提供实验材料和理论基础。