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尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDP-glucuronic acid，UDP-GlcA）是植物核苷糖代谢过程中的重要中间产物，可被尿苷二磷酸芹菜糖合成酶（UDP-apiose synthase，也称为UDP-apiose/UDP-xylose synthase， AXS）和尿苷二磷酸木糖合成酶（ UDP-xylose synthase，UXS）用于合成尿苷二磷酸芹菜糖（UDP-apiose，UDP-Api）和尿苷二磷酸木糖（UDP-xylose，UDP-Xyl），UDP-Api参与鼠李半乳糖醛酸II（Rhamnogalacturonan II，RG-II）的合成，RG-II侧链A上的Api是RG-II与硼交联的位点，硼-RG-II复合体对细胞壁的机械性能至关重要。在 UXS作用下，可以分别在胞质和高尔基体合成UDP-Xyl，而胞质中合成的UDP-Xyl在尿苷二磷酸木糖转运蛋白（ UDP-xylose transporter，UXT）的作用下转运至高尔基体，再参与木聚糖和木葡聚糖等成分的合成。目前已发现的AXS皆为双功能酶，可同时形成UDP-Api和UDP-Xyl两种产物，并且AXS基因和UXS基因在进化上具有同源性。本文从AXS、UXS和UXT基因出发，研究了拟南芥 AXS基因的表达模式、亚细胞定位、蛋白活性等，获得了 AXS、UXS和 UXT拟南芥多基因突变体，并对多基因突变对拟南芥的生长发育和细胞壁成分造成的影响进行了分析。主要研究结果如下：
1、拟南芥基因组中有两个AXS基因，AXS2基因在各个组织部位的表达量都高于AXS1基因。两个AXS蛋白都定位于胞质中，并可以形成同源或异源二聚体。AXS蛋白的酶活力非常低。
2、axs1和axs2单突变体都没有明显表型，说明两个基因存在功能冗余现象。对单突变体进行杂交，不能获得双基因纯合后代，说明完全不携带AXS基因的植株可能致死。只携带一个AXS基因的一纯一杂突变体表现出不同的表型，axs1/+axs2突变体不能长大，一个月后死亡；axs1 axs2/+突变体虽然植株矮小，但可以长大并产生后代。两个一纯一杂突变体表现出的剂量效应说明AXS2基因在拟南芥中的功能要大于AXS1基因。由于AXS1和AXS2的酶活力差异不大，这种基因功能差别可能来源于两个基因在拟南芥体内的表达量差异。
3、axs1 axs2/+突变体可以形成多个茎顶端生长点且没有明显的主茎，生长于平板上的幼苗主根变短，侧根增多，说明axs1 axs2/+突变体的顶端优势受到了影响。axs1 axs2/+突变体的顶端优势丧失和缺硼条件下植物的顶端优势丧失机理可能一致，首先通过影响细胞壁中的硼-RG-II复合体含量，进而影响生长素在植物体内的分布，最终使植物的顶端优势减弱或丧失。
4、不携带 AXS基因的花粉发育不良且不能萌发。以 axs1-1突变体为背景，用DEX诱导 AXS2基因沉默，所获得的转基因苗在含有 DEX的培养基上不能存活。DEX:RNAi-axs2转基因拟南芥基因芯片结果表明，AXS基因完全缺失会引起细胞的死亡及胁迫相关基因的表达。以上现象说明说明RG-II是植物生长不可缺少的成分。
5、axs突变体中RG-II的结构没有受到影响，但UDP-Api含量明显下降，双突变体细胞壁中的Api、硼和RG-II含量都显著降低。axs1-1 axs2-1/+突变体的基因芯片结果表明，RG-II含量降低对细胞壁相关基因和生长素相关基因的表达也产生影响。
6、开发了超声波辅助高效提取种皮内层黏液层的方法，可在20 s内快速提取拟南芥内层黏液层。与传统的溶剂提取法相比，本方法具有省时高效的优点。与内层黏液层相比，外层黏液层含量与种植环境的关系更加紧密，可能是由于这部分黏液层与种子的生存关系不大。超声提取内层黏液层后的拟南芥种子，萌发效率没有受到影响，可用于后续实验。
7、对axs1 axs2/+突变体种子的黏液层进行分析发现，其种皮外层细胞壁难以破裂，黏液层展开受阻。研究发现axs1 axs2/+突变体黏液层中的自由羧基增多，甲基化程度明显低于野生型 Col-0。另外，axs1 axs2/+突变体种子的外层黏液层含量也明显降低，从而认为RG-II对HG的甲基化程度和外层黏液层的合成具有一定的调节作用。
8、对胞质定位的uxs3uxs5uxs6和高尔基体定位的uxs1uxs2uxs4三突变体进行分析发现，相对于野生型Col-0，uxs3uxs5uxs6三突变体中的木聚糖含量减少，木聚糖甲基化程度升高，糖化效率升高，因此认为，胞质定位的UXS对拟南芥的次生生长更为重要。
9、将uxt1uxt2uxt3和两个UXS三突变体进行对比研究发现，相对于uxs突变体， UXT基因的功能缺失对拟南芥细胞内的核苷糖含量没有影响，且uxt1uxt2uxt3三突变体和胞质定位的uxs3uxs5uxs6三突变体表型一致，都形成了不规则的木质部导管，木聚糖的含量都降低了，该现象证明 UXT基因的功能缺失影响了木聚糖的合成。uxt1uxt2uxt3三突变体有明显的败育现象，败育的原因一方面是uxt1uxt2uxt3三突变体花在发育时，花药没有完全接触到花柱，另一方面是uxt1uxt2uxt3三突变体花药中的木聚糖和木质素含量减少，使花药不能完全开裂，从而影响花粉的释放。
1、拟南芥基因组中有两个AXS基因，AXS2基因在各个组织部位的表达量都高于AXS1基因。两个AXS蛋白都定位于胞质中，并可以形成同源或异源二聚体。AXS蛋白的酶活力非常低。
2、axs1和axs2单突变体都没有明显表型，说明两个基因存在功能冗余现象。对单突变体进行杂交，不能获得双基因纯合后代，说明完全不携带AXS基因的植株可能致死。只携带一个AXS基因的一纯一杂突变体表现出不同的表型，axs1/+axs2突变体不能长大，一个月后死亡；axs1 axs2/+突变体虽然植株矮小，但可以长大并产生后代。两个一纯一杂突变体表现出的剂量效应说明AXS2基因在拟南芥中的功能要大于AXS1基因。由于AXS1和AXS2的酶活力差异不大，这种基因功能差别可能来源于两个基因在拟南芥体内的表达量差异。
3、axs1 axs2/+突变体可以形成多个茎顶端生长点且没有明显的主茎，生长于平板上的幼苗主根变短，侧根增多，说明axs1 axs2/+突变体的顶端优势受到了影响。axs1 axs2/+突变体的顶端优势丧失和缺硼条件下植物的顶端优势丧失机理可能一致，首先通过影响细胞壁中的硼-RG-II复合体含量，进而影响生长素在植物体内的分布，最终使植物的顶端优势减弱或丧失。
4、不携带 AXS基因的花粉发育不良且不能萌发。以 axs1-1突变体为背景，用DEX诱导 AXS2基因沉默，所获得的转基因苗在含有 DEX的培养基上不能存活。DEX:RNAi-axs2转基因拟南芥基因芯片结果表明，AXS基因完全缺失会引起细胞的死亡及胁迫相关基因的表达。以上现象说明说明RG-II是植物生长不可缺少的成分。
5、axs突变体中RG-II的结构没有受到影响，但UDP-Api含量明显下降，双突变体细胞壁中的Api、硼和RG-II含量都显著降低。axs1-1 axs2-1/+突变体的基因芯片结果表明，RG-II含量降低对细胞壁相关基因和生长素相关基因的表达也产生影响。
6、开发了超声波辅助高效提取种皮内层黏液层的方法，可在20 s内快速提取拟南芥内层黏液层。与传统的溶剂提取法相比，本方法具有省时高效的优点。与内层黏液层相比，外层黏液层含量与种植环境的关系更加紧密，可能是由于这部分黏液层与种子的生存关系不大。超声提取内层黏液层后的拟南芥种子，萌发效率没有受到影响，可用于后续实验。
7、对axs1 axs2/+突变体种子的黏液层进行分析发现，其种皮外层细胞壁难以破裂，黏液层展开受阻。研究发现axs1 axs2/+突变体黏液层中的自由羧基增多，甲基化程度明显低于野生型 Col-0。另外，axs1 axs2/+突变体种子的外层黏液层含量也明显降低，从而认为RG-II对HG的甲基化程度和外层黏液层的合成具有一定的调节作用。
8、对胞质定位的uxs3uxs5uxs6和高尔基体定位的uxs1uxs2uxs4三突变体进行分析发现，相对于野生型Col-0，uxs3uxs5uxs6三突变体中的木聚糖含量减少，木聚糖甲基化程度升高，糖化效率升高，因此认为，胞质定位的UXS对拟南芥的次生生长更为重要。
9、将uxt1uxt2uxt3和两个UXS三突变体进行对比研究发现，相对于uxs突变体， UXT基因的功能缺失对拟南芥细胞内的核苷糖含量没有影响，且uxt1uxt2uxt3三突变体和胞质定位的uxs3uxs5uxs6三突变体表型一致，都形成了不规则的木质部导管，木聚糖的含量都降低了，该现象证明 UXT基因的功能缺失影响了木聚糖的合成。uxt1uxt2uxt3三突变体有明显的败育现象，败育的原因一方面是uxt1uxt2uxt3三突变体花在发育时，花药没有完全接触到花柱，另一方面是uxt1uxt2uxt3三突变体花药中的木聚糖和木质素含量减少，使花药不能完全开裂，从而影响花粉的释放。