木材广泛应用于化妆品、制药、造纸、纸浆业,并有潜力应用生物燃料工业。作为地球上丰富的生物聚合物,纤维素是木材的主要成分,其含量占木材干重的40%-50%。纤维素合成酶（CesA）基因负责纤维素的合成。在拟南芥中的研究表明植物细胞的初生壁和次生壁中纤维素的合成分别由两组纤维素合成酶负责,其中CesA4、CesA7和CesA8负责次生壁中纤维素的合成。研究纤维素合成酶在木材形成中细胞壁次生加厚过程中的功能对于提高木材产量具有重要意义。本研究利用RNA干扰对毛果杨木材形成过程中纤维素合成酶基因Ptr CesA4,Ptr CesA7-A/B和Ptr CesA8-A/B在次生壁加厚过程中的功能进行了研究。RNAi转基因植物表现为发育不良,叶片狭窄,早期坏死,高度解体,导管萎陷,纤维细胞壁较薄,纤维内腔直径延长。转基因植株茎的力学性能降低,表现为静曲强度和弹性模量降低。与野生型植株相比,RNAi转基因植株木材的纤维素含量显著下降,Ptr CesA4,Ptr CesA7和Ptr CesA8 RNAi转基因植株分别下降14.9%、6.8%和3.1%,木质素和木聚糖的含量则显著增加。通过固相核磁共振、二维也像核磁共振、X射线衍射与和频振动光谱技术分析了木材组分的变化。虽然射线衍射显示转基因株系之间结晶度有降低,但是固相核磁共振与和频振动光谱分析均表明,Ptr CesAs基因表达降低并不影响纤维素的结晶度指数。SFG结果表明,CH/CH2和纤维素含量之间有很好的相关性,纤维素微纤维呈非单轴排列,结晶纤维素结构域的排列呈中尺度变化。本研究结果表明CesA RNAi转基因植株木质部中纤维细胞壁变薄,可能是导致茎机械强度降低的原因;茎干的导管也被破坏,表明木质部的水分和矿物质向地上部分运输严重中断,从而导致叶片早期衰死。结果证明了Ptr CesA4、Ptr CesA7-A/B和Ptr CesA8-A/B基因参与木材导管和纤维细胞次生细胞壁形成,并揭示了它们的干扰对杨树木材形成的多效性影响。该研究为进一步解析纤维素合成酶的转录调控提供了重要基础。