木质素是由芳香族化合物单体交联组合而成的高分子多聚化合物，通常由苯丙氨酸类等苯环化合物及其衍生物构成基本骨架。木质素在植物细胞壁结构组分中主要是与多糖类化合物聚合交联，以强化细胞强度和抵御外来伤害。本实验室长期以来一直关注并研究木质素生物合成代谢途径中涉及到的各个关键步骤;随着对于整个合成网络的不断了解和深入的研究，发现木质素单体的特异性合成途径对于整个木质素合成网络起到了最为关键的作用，所以为了进一步的探究途径中的关键点，本实验选取毛白杨肉桂酰辅酶A还原酶作为研究对象，对其从各个层面进行一系列系统化的研究。　　 肉桂酰辅酶A还原酶（Cinnamoyl-CoA Reductase，CCR）是在木质素合成途径中起到关键作用的酶，负责催化肉桂酰辅酶A类物质的还原反应生成相应的醛类化合物。本实验分离得到毛白杨CCR基因的cDNA;在对毛白杨CCR蛋白质的氨基酸序列进行blast后发现，高度匹配的为山杨、毛果杨和黑杨。在与不同物种包括裸子植物:银杏（Ginkgo biloba），被子植物:毛白杨（Populustomentosa）、毛果杨（Populus trichocarpa）、桉树（Eucalyptus gunnii）、桦树（Betulaluminifera）、拟南芥（Arabidopsis thaliana）、油菜（Brassica napus）等进行了序列比对后，发现部分序列在不同的物种中都保持着高度的保守性;在氨基酸序列中存在一段高度保守的区域序列KNWYCYGK，这个保守区域的序列在二级结构上可以形成β-α-β结构，推测这个区域可能是CCR蛋白的活性中心，可能在这个位置上与其辅因子NADPH结合，在这段序列中的两个赖氨酸残基很可能与底物结合形成底物-酶复合物，直接决定酶的催化能力。　　 通过对毛白杨重组CCR蛋白的原核高效表达条件的优化确定了诱导条件:IPTG诱导浓度为0.4 mM;诱导温度为37℃;诱导时间为6至8h。本实验利用酶法制备肉桂酰辅酶A酯，毛白杨重组4CL蛋白催化各类酚酸与辅酶A的连接反应形成各自对应的酯类化合物，并通过SPE固相萃取技术将所需产物梯度洗脱下来，确定洗脱试剂为40％甲醇的0.1M乙酸溶液。在对重组CCR蛋白的酶学测定后得出其对各个酯的动力学参数:对羟基香豆酰辅酶A的Km值为376.55μM，Vmax为13.74 nM/min;阿魏酰辅酶A的Km值为322.65μM，Vmax为16.05 nM/min;咖啡酰辅酶A的Km值为616.98μM，Vmax为12.06 nM/min。在对CCR蛋白的最适反应条件测定后得出其最适反应pH为6.0;最适反应温度为37℃。从CCR蛋白对不同底物的动力学参数可以看出阿魏酰辅酶A为其最适底物。　　 将CCR基因以正义、反义和干涉的形式，通过农杆菌介导的方法转入烟草中， Southern blotting以确定转基因成功。在获得的转基因植株中，所有下调基因的植株都表现出木质素含量的下降趋势，可溶性酚酸含量的下降;同时伴随着纤维素含量的上升，这种现象可能是植株对木质素含量下降的一种代偿性应对。在正义调控的植株中则表现出木质素含量升高的趋势，同时纤维素含量降低，可溶性酚酸含量升高的现象;尤其在阿魏酸的检测中可以明显观测出随着对于CCR基因的抑制与增强可以直接导致其含量的升高与降低，从另一个侧面表明CCR在从阿魏酸到松柏醛的代谢通路中的高效催化能力。通过对转基因植物细胞壁组分的含量测定可以基本说明CCR基因可能是木质素代谢途径的一个关键的调控点，在今后的工作中可以对蛋白质结构与功能进行进一步的研究，揭示其反应机理，并且可以将基因导入材性树种中调控木质素合成，从而优化工业生产中处理木质素的工艺，降低对环境的威胁。