木质素是植物体中含量仅次于纤维素的大分子有机化合物,约占植物体干重的16%-30%,在植物的机械支撑、水分运输及抵御病原微生物中发挥着重要作用,是植物适应陆地生态环境的重要进化特征之一。但木质素的存在严重影响着植物资源的利用,如增加造纸成本、降低饲草植物的消化性及制约生物乙醇的生产等。桑树是一种多年生的木本植物,除桑叶用于养蚕外,每年桑树剪伐都产生大量的枝条,是蚕桑生产过程中最为丰富的副产物资源,但其资源利用率很低。随着煤、石油、天然气等不可再生资源的不断减少,生物乙醇将成为能源的最佳替代品,以粮食作物为原料生产生物乙醇具有规模限制及不可持续性,若能以桑枝作为原料生产生物乙醇,不仅能提高桑树资源利用率,还能在一定程度上缓解能源短缺问题。然而桑树木质素的存在限制了桑树资源的利用,因此通过研究桑树木质素合成基因,分析桑树木质素形成机制,进而通过基因工程手段改变木质素含量或单体组成以期改进桑树木材品质以促进桑树生物乙醇的生产,为提高桑树植物资源利用率奠定基础。本研究通过生物信息学方法从桑树基因组数据库中获得65个木质素合成相关基因,比较了5个不同桑树品系(湖桑32号、珍珠白、大10、岩桑、垂枝桑)中木质素合成关键基因在茎和叶中的表达情况,克隆获得桑树木质素合成关键基因MnC3H和MnF5H,并在烟草中进行功能验证。本研究的主要结果如下：1、桑树木质素合成相关基因的生物信息学分析通过生物信息学分析,我们从桑树基因组数据库中获得65个木质素合成相关基因,包括7个PAL基因、3个C4H基因、1个C3H基因、13个4CL及4CL-like基因、6个HCT基因、8个CCR及CCR-like基因、3个CoAOMT及CoAOMT-like基因、8个CAD及CAD-like基因、2个F5H基因和14个COMT及COMT-like基因。分析发现桑树木质素介成各基因家族蛋白分别含有各家族的蛋白保守序列,且大多数基因在木质化的桑树根部高量表达,说明这些基因可能在控制木质素的合成中具有重要作用。上游启动子保守元件分析发现桑树木质素合成关键基因上游启动子中除含有保守的AC元件(该元件被认为和木质部特异性表达有关)外,还含有激素响应、胁迫诱导等元件,说明这些基因不仅控制木质素的生物合成,还在桑树的生物及非生物胁迫中发挥重要作用。2、不同桑树品系中木质素合成关键基因的转录表达分析通过Real-time PCR调查了不同桑树品系(湖桑32号、珍珠白、大10、岩桑、垂枝桑)中木质素合成关键基因在一年生茎和叶中的转录情况,结果显示：这些基因都在各桑树品系木质化的茎中表达量较高,且在垂枝桑茎中表达量最高,木材桑岩桑次之(除C3H、4CL2和F5H),而在果桑珍珠白茎和叶中的表达量都较低。3、MnC3H和MnF5H的克隆及烟草的遗传转化为了研究MnC3H和MnF5H的功能,克隆得到了川桑MnC3H和MnF5H的全长序列,分别构建了pLGNL-35S-MnC3H和pLGNL-35S-MnF5H超量表达载体,并通过烟草的遗传转化初步验证了其功能,结果显示：这两个基因的超量表达对转基因烟草植株的正常生长没有影响,MnC3H的超量表达导致转基因烟草茎中木质素含量增加,但对G木质素和S木质素的合成影响不同,MnC3H能够促进G木质素的合成而抑制S木质素的合成,MnF5H能够在木质素总含量基本不变的情况下促进G木质素向S木质素转化,S木质素的过量合成能降低生物乙醇的生产成本,对提高桑树资源利用率具有重要作用。