阿拉伯半乳糖蛋白(AGPs,arabinogalactan proteins)是植物体中广泛参与各种生长发育过程的一类富含羟脯氨酸的糖蛋白。木质形成素(Xylogen)是植物中类含有非典型的脂转运蛋白(nsLTP,non-specific lipid transfer protein)结构域的嵌合型AGPs.本文利用生物信息学、分子生物学、遗传学、细胞生物学等方法对水稻中编码类似木质形成素(Xylogen-like arabinogalactan protein,XYLPs)蛋白的基因家族进行了全面的鉴定、染色体定位和表达分析,同时成功鉴定了OsXYLP7和OsXYLP16基因的T-DNA插入突变体,并对OsXYLP7基因的突变体进行了初步的表型分析OsAGP13是一个赖氨酸富集(LVS-rich)的AGPs,OsAGP13基因的沉默导致植株产生了多种表型,我们利用多种技术和方法,对OsAGP13基因在细胞壁和维管束发育过程中的生物学功能进行了详细的研究。获得的主要研究结果如下：1、利用百日菊木质形成素蛋白ZeXYP1,及拟南芥两个木质形成素蛋白AtXYP1和AtXYP2的序列在RGAP(Rice Genome Annotation Project)和RAP-DB数据库中进行搜索,再利用nsLTPs结构域(PF00234)的隐式马尔可夫模型在这两个数据库中进行搜索,综合两次搜索所得的结果,去除其中的冗余序列后进行一系列的筛选,最终在水稻中鉴定获得21个OsXYLPs.为研究XYLP蛋白之间的进化关系,我们对21个水稻OsXYLPs和拟南芥中已知的13个AtXYLPs蛋白进行全长氨基酸序列的比对并构建了无根进化树,进化树显示,这34个XYLPs蛋白根据进化关系的远近被聚为4类。从RGAP数据库中获得21个水稻OsXYLPs蛋白对应的OsXYLPs基因在染色体上的精准定位信息,并对这些定位信息进行分析发现,这21个OsXYLPs基因分布在水稻7条染色体上,其中第3号和第7号染色体上分布的基因较多。基因复制事件分析结果显示,共13个OsXYLPs基因在进化过程中发生了基因复制(包括串联复制和片段复制),约占该家族基因总数的61.9%,说明基因复制在该家族的扩大过程中有着重要作用。利用基因芯片(：microarrays)、表达序列标签(ESTs, expressed sequence tags)、大规模平行标签测序(MPSS, massively parallel signature sequencing)的高通量表达数据和实时荧光定量PCR (qRT-PCR, quantitive real-time reverse transcription polymerase chain reaction)所得结果,对该家族基因的表达模式以及它们在非生物胁迫和激素处理下的反应进行了研究,结果表明,OsXYLPs家族中大部分基因在具有维管系统的器官(如,根、叶、茎、花穗等)中高水平表达；而有着复制关系的基因表达模式并不相似,这暗示着基因复制对该基因家族的功能多样性也存在着一定的贡献；4个基因的表达受到非生物胁迫的调控,特别是干旱和高盐胁迫；大部分基因受到激素NAA和GA的调控,在这两个激素处理的条件下,这些基因的表达量均有所上升。该家族中两个基因的T-DNA插入突变体获得了成功鉴定,其中OsXYLP7突变体呈现出植株株高偏矮的表型。2、OsAGP13是水稻中一个赖氨酸富集的阿拉伯半乳糖蛋白,利用原位杂交技术在亚细胞水平上对OsAGP13基因的表达模式进行了检测,结果显示该基因在幼茎的维管束和花穗的一次枝梗和二次枝梗原基部位高量表达。通过对OsAGP13-RNAi株系的植株进行观察发现,RNAi植株呈现出植株异常矮小、花穗一次枝梗和二次枝梗数目显著减少、机械强度显著降低以及开花提前等表型。我们对OsAGP13-RNAi植株和野生型植株的花穗轴进行横切比较,与野生型相比,OsAGP13-RNAi植株花穗轴中厚壁组织细胞的细胞壁厚度明显减弱,大小维管束数目均显著减少,且存在发育不正常的维管束。机械拉力试验结果显示,OsAGP13-RNAi植株中无论是成熟叶还是节间,其机械强度与野生型相比均显著降低。对细胞壁组成物质的含量进行测定,发现OsAGP13-RNAi植株中大多数细胞壁组成物质的含量显著低于野生型,随后的木质素染色实验也证明了RNAi植株中的木质素含量显著下降,特别是厚壁组织及维管束木质部；细胞壁荧光染色剂(Calcofiuor white, CW)实验结果显示RNAi植株中的纤维素含量与野生型相比显著下降；利用木聚糖抗体LM10和LM11进行免疫荧光实验,结果显示RNAi植株中木聚糖含量下降。3、以野生型和OsAGP13-RNAi植株抽穗期的花穗穗轴为材料进行了RNA-Seq (RNA sequencing)实验,对测序结果进行分析,获得1656个差异表达基因,包括1023个表达水平上升和633个表达水平下调的基因。对这些差异表达基因进行了GO (Gene ontology)功能注释及功能富集性分析,综合GO功能分析结果和前人研究成果,我们在差异表达基因中找到许多参与细胞壁和维管束发育过程的基因,主要为三大类：第一类基因是细胞壁各种组成物质合成通路中的一些基因,如编码各种细胞壁物质合成酶的基因、COBRA家族基因以及类苯基丙烷通路中的多个基因；第二类主要为参与激素应答的基因,主要涉及3种激素：生长素、赤霉素和油菜素内酯,这3种激素均已被证明在维管束和细胞壁发育过程中具有重要作用。第三类为转录因子,这些基因大部分属于MYB转录因子家族,该家族成员可调节木质素前体合成通路中一些基因的表达。为验证RNA-Seq结果,我们选取了这些差异表达基因中的部分基因进行了qRT-PCR实验,其结果与RNA-Seq结果大体相符,表明OsAGP13基因表达量的下降确实影响了维管束和细胞壁发育相关基因的表达水平。水稻XYLPs基因家族的鉴定及表达分析为后续该家族基因的生物学功能研究奠定了基础,且该研究鉴定的21个基因中有19个基因编码的蛋白是新的AGPs,这使得水稻中AGPs数目由原有的98个增加至117个。本研究中对OsAGP13基因在细胞壁和维管束发育方面的生物学功能做了较为详细的研究,这对于更好地揭示AGPs在植物发育过程中特别是在细胞壁和维管束形成过程中的作用具有重要的意义。