植物分子的糖基化是一种非常普遍的生理现象,糖基转移酶是负责催化这种糖基化反应的酶类。糖基化往往会改变植物分子的生物活性、水溶性、在细胞内和整体植株的运输特性、亚细胞定位以及与受体的相互识别与结合特性等。因此,糖基化在调节植物细胞代谢平衡、维持植物正常生长发育等方面有其重要意义。木质素是植物细胞壁骨架的主要成分之一,它由苯基丙烷单元随机聚合而成并与纤维素、半纤维素交织在一起。木质素在植物体中具有加固细胞壁的机械强度、提高细胞运输能力以及抵御病菌微生物侵害的生物学功能。但在工农业生产中,由于木质素与纤维素交织在一起,却成为影响纤维素被充分利用的负面因素。因此,通过基因工程改变木质素含量和组成已成为近年来国内外研究的一个焦点。近年来的研究表明,糖基化可能在调控植物细胞壁木质素合成过程中发挥重要作用。原因可能是糖基化增加了木质素单体的可溶性、稳定性、储藏性以及与转运体的结合特性,并且糖基化降低了这些单体物质对细胞的毒性。这一问题的研究对于全面了解木质素合成机理以及有效控制细胞壁木质素的含量和种类非常重要。杨树含有丰富的木质素,它不仅在工农业生产中具有重要应用,而且还是研究木本植物的模式树种。以杨树为对象研究木质素合成调控机理具有重要的理论意义和应用价值。本论文通过转基因技术首次研究了杨树中3个糖基转移酶与木质素合成的关系,为深入理解木质素合成调控机理以及通过基因工程改良杨树等木本植物的木质素奠定了一定的基础。论文在以下方面取得了进展：1.对杨树糖基转移酶PtGT1, PtGT2,PtGT3进行了序列分析。构建了杨树糖基转移酶PtGT1, PtGT2, PtGT3与拟南芥中40个糖基转移酶的进化树,并对它们进行了氨基酸序列比对。在进化树上,杨树糖基转移酶PtGT1, PtGT2, PtGT3与拟南芥糖基转移酶UGT72E1-E3在同一分支上,并且氨基酸序列比对结果表明,它们的序列一致性相对较高,说明杨树糖基转移酶PtGT1,PtGT2, PtGT3有可能参与木质素前体的糖基化修饰。2.构建了PtGT1, PtGT2, PtGT3基因的植物表达载体,转化了烟草与杨树,获得了烟草与杨树的转基因株系。为了进一步研究糖基转移酶基因PtGT1, PtGT2, PtGT3在植物体内发挥的作用,构建了它们的植物表达载体,并且利用农杆菌介导法将目的基因转入杨树和烟草。通过抗生素筛选、PCR分析以及RT-PCR检测证明获得了PtGT1, PtGT2, PtGT3三个基因的转基因杨树株系与转基因烟草株系。该工作为后续表型分析以及生理学分析奠定了基础。3.对获得的转基因烟草进行了表型与生理学分析,发现PtGT1基因能够提高转基因植物的木质素含量并且促进早开花。采用木质部染色反应、木质素含量分析以及纤维素含量分析等方法对转基因烟草进行了表型及生理学调查。发现PtGT1过表达的转基因烟草茎杆中木质素含量比对照显著升高,同时还发现PtGT1的过表达促进了转基因烟草提前开花。而PtGT2和PtGT3两个基因的转基因烟草与对照相比在表型与生理指标上没有发现明显变化。4.研究了PtGT1, PtGT2, PtGT3基因在杨树中的组织特异性表达,并且确定了用于杨树组培快繁的最优外植体。本论文进行了PtGT1, PtGT2, PtGT3基因在杨树中组织特异性表达的检测,发现基因PtGT1在茎上端表达强烈,在其他部位表达较弱。而PtGT2和PtGT3基因在所检测的六个组织部位中的表达量无明显差异。对杨树的叶片、茎段、叶柄等不同外植体进行组织培养,比较了它们在相同培养条件下的分化再生能力,发现它们的再生能力依次是叶柄>茎段>叶片。由此确定了杨树组培的最优外植体,为今后的杨树组培快繁及转基因实验提供了重要参考。总之,本论文通过转基因技术主要研究了杨树的3个糖基转移酶对烟草生长发育的影响,特别是发现了PtGT1对木质素合成以及开花的促进作用。3个糖基转移酶基因在杨树体内到底发挥什么作用,是否会影响杨树的木质素合成途径,还有待进一步研究。