【摘 要】
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人参（Panax ginseng C.A.Mey）是我国著名的传统中草药,是吉林省重要的经济作物。红皮病严重影响人参的产量与品质,人参红皮病的发病机理十分复杂,至今未有确定的结论。本实验室前期研究表明人参红皮病与土壤中的交换性铝的溶出有着明显的关系,通过转录组分析发现在红皮病人参中木葡聚糖转移酶（XTHs）基因表达量存在上调,进而推测XTH家族基因与人参红皮病有着密切的关系。本论文对人参XTH家族
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人参（Panax ginseng C.A.Mey）是我国著名的传统中草药,是吉林省重要的经济作物。红皮病严重影响人参的产量与品质,人参红皮病的发病机理十分复杂,至今未有确定的结论。本实验室前期研究表明人参红皮病与土壤中的交换性铝的溶出有着明显的关系,通过转录组分析发现在红皮病人参中木葡聚糖转移酶（XTHs）基因表达量存在上调,进而推测XTH家族基因与人参红皮病有着密切的关系。本论文对人参XTH家族基因（PgXTH）进行全面生物信息学分析并对其中两个PgXTH基因进行功能分析,结果如下:1.人参XTH家族基因生物信息学分析（1）根据XTH的DEIDFEFLG保守基序,在人参基因组文库中,共鉴定出38个PgXTH蛋白。根据与33个At XTH的亲缘关系,分别对PgXTH蛋白命名、构建系统发育进化树、划分为三个亚组。（2）根据蛋白序列,预测了PgXTH家族蛋白的等电点范围为2.77～9.64。负平均亲水指数表明PgXTH家族蛋白可能属于亲水性蛋白。PgXTH家族基因在人参不同组织中广泛表达,但在不同组织中的表达丰度存在显著差异,并参与响应逆境胁迫。（3）PgXTH蛋白包含信号肽,DEIDFEFLG保守基序,XET结构域和GH16结构域等XTH蛋白的典型结构。PgXTH基因启动子区域则包括大量响应非生物环境胁迫、植物激素、MYB转录因子、光照调控的顺式作用元件。2.PgXTH29和PgXTH30响应铝胁迫的功能分析（1）通过分析PgXTH29和PgXTH30的基因结构与序列比对结果表明,PgXTH29和PgXTH30可能属于PgXTH蛋白家族的亚组Ⅰ,具有转糖基酶（XET）的活性。亚细胞定位结果表明,PgXTH29和PgXTH30定位于细胞壁上。（2）在不同生长条件下,PgXTH29和PgXTH30表达不同,二者的表达在红皮病人参中明显高于健康人参;铝胁迫处理人参中相对表达量显著高于无铝处理;在强光处理表达量高于弱光处理。（3）以pCAMBIA3301-2*flag-GFP为载体,将PgXTH29和PgXTH30分别过表达于拟南芥Col-4中,明显增加了拟南芥根系细胞壁的半纤维素和纤维素含量。在铝处理下,PgXTH29-OE和PgXTH30-OE的相对根伸长明显高于野生型,说明过表达PgXTH29和PgXTH30可以提高拟南芥的耐铝性。总之,PgXTH29和PgXTH30在红皮病人参中得到上调,而在铝处理时这两个基因也被诱导表达,说明PgXTH29和PgXTH30与人参红皮病、铝胁迫之间存在着一定的联系。将这两个基因过表达于野生型拟南芥后可以显著提高根系细胞壁半纤维素和纤维素的含量,从而提高细胞壁与铝的结合能力,最终提高了拟南芥的耐铝性。
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