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天然橡胶是重要的工业原料和战略物资,我国主要依靠进口满足生产需要。橡胶树利用蔗糖,经胞内的-系列蔗糖代谢途径和类异戊二烯途径,在特化的乳管细胞中合成天然橡胶。乳管蔗糖的代谢调控是影响胶乳再生和橡胶树产量的重要因素。尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(Uridine diphosphate glucose pyrophosphorylase,UGPase)是植物蔗糖代谢途径中一类重要酶,主要催化尿苷三磷酸(Uridine triphosphate,UTP)和葡萄糖-1-磷酸合成尿苷二磷酸葡萄糖(Uridine diphosphate glucose,UDPG)。UDPG作为葡萄糖基供体,是植物中蔗糖及多糖合成的关键底物,在植物生长发育过程中发挥重要作用。本文首次对巴西橡胶树UGPase基因进行了克隆和表达特性分析,并通过转基因拟南芥研究了基因的生物学功能。主要结果如下:1.通过序列BLAST发现橡胶树基因组存在2个UGPase基因,各有两个等位基因。根据CDS区设计引物,以橡胶树胶乳cDNA为模板,扩增得到四个UGPase基因的编码区全长序列,分别命名为HbUGPase1-1、HbUGPase1-2、HbUGPase2-1、Hb UGPase2-2。2.生物信息学分析表明:四个HbUGPase基因均编码469个氨基酸,编码区氨基酸一致性超过90%,其中HbUGPase1-1与HbUPase1-2一致性达98.51%,HbUGPase2-1与HbUGPase2-2一致性达99.36%,分别有7个、3个氨基酸序列差异;HbUGPase的二级结构均含有多个a-螺旋、无规则卷曲、延伸链;以拟南芥AtUGPase-A1的三维晶体为模板,利用Phyre2同源建模得到HbUGPase的三级结构,预测发现其包含碳端结构域、中心结构域和氮端结构域三个核心结构域。3.构建了四个HbUGPase(含等位基因)基因的原核表达与真核表达载体,并成功在原核和真核表达系统中实现了目标蛋白的有效表达。4.利用实时荧光定量PCR分析了HbUGPase基因的表达特征。HbUGPase基因在各个组织都有表达,在树皮,根中表达较高;在叶片不同发育时期,HbUGPase1-1和HbUGPase2-1基因随着叶片的发育,表达量上调;与Hb UGPase1-1基因相比,HbUGPase2-1基因随叶片发育的上调表达更显著,表明HbUGPase1-1与HbUGPase2-1在调控叶片生长方面作用有冗余。HbUGPase1-1和HbUGPase2-1在胶乳中的表达明显受乙烯利和割胶调控,推测它们可能参与胶乳再生调控。5.成功获得了HbUGPase过表达的转基因拟南芥纯合株系。与野生型拟南芥相比,HbUGPase过表达转基因拟南芥生长速度加快、开花提早;蔗糖、淀粉含量都明显增加,尤其是Hb UGPase2-1过表达转基因株系更为显著,两种糖的含量分别提高了 53.20%与60.93%;四种过表达转基因株系的纤维素含量都有显著增加,其中HbUGPase2-2过表达转基因拟南芥提高了 36.09%。转基因株系的可溶性总糖含量有不同程度的变化,其中HbUGPase2-1和HbUGPase1-1过表达转基因株系分别降低了6.28%和26.27%,而HbUGPase1-2和Hb UGPase2-2过表达基因拟南芥株系有所增加。本实验为进一步研究橡胶树UGPase基因的功能,包括在糖代谢途径和胶乳再生调控过程中的作用奠定了基础,具有一定的理论意义与应用前景。