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兴安落叶松(Larix gmelinii)为松科、落叶松属落叶乔木,主要生长在中国东北地区,其结构致密,可为土木、建筑和化纤工业提供原料,具有广泛应用价值。尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶(UDP-glucose dehydrogenase,UGDH)是植物多糖代谢途径中关键酶,UGDH催化尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-Glc)脱氢生成UDP-葡萄糖醛酸酯(UDP-GlcA),UDP-GlcA是细胞壁中半纤维素的主要生物合成前体物质,其对林木材质形成及植物的生长发育起重要作用。前期研究表明,兴安落叶松UGDH(LgUGDH)的过量表达不仅增加了转基因植物体内的半纤维素含量,促进了其营养生长,而且提高了植株的耐寒性。因此研究LgUGDH基因的表达调控机理具有重要意义。前期研究通过Southern杂交证实,在兴安落叶松基因组中LgUGDH为双拷贝基因。通过实时荧光定量PCR分析结果显示,LgUGDH1/2在兴安落叶松的根、茎、叶中均表达。本研究为了调查LgUGDH1/2的表达特性,用染色体步移的方法克隆得到1352 bp的LgUGDH1基因启动子序列,并与前期研究中所获得的LgUGDH2启动子序列进行比较分析。PLANTCARE软件分析表明,pLgUGDH1/2中含有光响应元件,低温非生物胁迫应答元件以及脱落酸、赤霉素、茉莉酸甲酯、生长素等激素响应元件。GUS组织化学染色表明,pLgUGDH1::GUS在拟南芥的子叶、根、成熟叶片、花及果荚中均表达;pLgUGDH2::GUS在叶脉及子叶、花及果荚中表达,且它们的表达受ABA及低温的诱导。研究LgUGDH1蛋白质的亚细胞定位结果显示,LgUGDH1-GFP融合蛋白定位于叶绿体。通过对野生型、atugdh1突变体、超表达LgUGDH转基因拟南芥及转化LgUGDH基因的atugdh1功能互补株系的表型分析,结果显示LgUGDH过量表达提高了转基因拟南芥半纤维素、木质素及可溶性糖含量,促进转基因拟南芥的营养生长。通过野生型、atugdh1突变体及超表达LgUGDH转基因拟南芥的转录组学分析,进一步研究LgUGDH基因促进转基因拟南芥营养生长的作用机理,结果表明这些差异基因被注释到淀粉和蔗糖代谢、苯丙烷类生物合成、碳代谢、光合作用、植物-病原体相互作用和植物激素信号转导途径。因此推测UGDH可能通过碳代谢、糖代谢、苯丙烷代谢、植物-病原体相互作用和植物激素信号转导等途径来调控植物生长发育及对逆境的适应。以上研究结果为研究尿苷二磷酸葡萄糖脱氢酶(UGDH)通过多糖代谢调节植物生长发育的分子机理奠定了基础,亦为分析LgUGDH基因的作用机制和表达调控机理,及利用LgUGDH进行林木遗传改良提供了实验依据。