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GATA转录因子是一类广泛存在于真核生物中的转录因子,在植物光响应调控、细胞分裂素响应以及碳、氮代谢等与次生生长相关的生物学过程中发挥重要作用。目前,对GATA家族的基因只局限于对其家族基因及其编码蛋白基本特性的分析。前期研究中,利用生物信息学手段推测出GATA12参与植物次生生长。本文对毛果杨(GATA12在其次生生长中的生物学功能进行初步的探讨,主要结果如下。1.从毛果杨中克隆到拟南芥GATA12直系同源基因PtrGATA12全长cDNA序列,与毛果杨GATA家族的PtrGATA18.1和PtrGATAT1相似性到86%,将其命名为PtrGATA12。PtrGATA12编码373个氨基酸、分子量为41397.57、等电点(PI)为6.04,且在260-310个氨基酸处具有GATA家族转录因子典型结构域:存在C-X2-C-X17-20-C-X2-C锌指结构域。2.通过农杆菌介导法获得7个过表达PtrG4T4A2转基因毛果杨株系,对其中GATA12表达量最高的3个株系的表型进行了连续观测,结果表明,转基因株系生长正常,表型与野生型无明显差异,但在生长90天时,PtrGATA12转基因毛果杨的平均株高44.75cm,基部茎粗6.17mm,分超出野生型29.6%和19.8%。整个表型观测期内,各发育阶段叶片大小与对照相比无明显差异。3.对生长90天的PtrGATA12过表达毛果杨次生茎组织化学染色表明,木质素和半纤维素染色面积明显变宽;纤维素染色面积变化不明显。次生细胞壁主要组份含量定表明,PtrGATA12-OE与WT相比,纤维素含量无明显变化,木质素含量增加8.4%,半纤维素含量增加11.5%。同时,纤维性状测定表明,PtrGATA12-OE纤维长度平均增加了 5.3%,纤维宽度平均降低了 20.4%,茎部组织的SCW厚度增加了 31.83%。4.PtrGATA12过表达毛果杨次生生长相关基因表达量分析表明,木质素合成相关基因PtrCCOAOMT、PtrCOMT、PtrCCR1、PtrPAL1、PtrF5H、PtrCAD4、PtrCAD6、PtrHCT、PtrCCR2和PtrPAL2的表达显著升高;纤维素合成相关基因PtrCesA4、PtrCesA 7、PtrCesA8和PtrCOBL4变化不明显;半纤维素合成相关的PtrFRA8、PtrIRX8、PtrIRX9、PtrIRX14和PtrIRX15基因表达量全部上升;纤维长度与宽度相关基因PtrSCPL49表达量上升,PtrEXPANSIN和PtrSCPL45相对表达量下降;细胞程序化死亡基因PtrXCP1和PtrXCP2下调表达,PtrRNS3和PtrASP1上调表达。5.对拟南芥gata12突变体表型和次生性状测定结果表明,gata12突变体平均株高30.19cm,基部茎粗1.38mm,分别超出野生型24.67%和降低11.76%;木质素沉积显著减少,但纤维素与半纤维素无显著差异;纤维长度无显著变化,但纤维宽度降低了 22.96%;SCW厚度降低了 28.62%;荧光定量PCR结果表明,木质素相关基因COMT、CCR1、CAD4、CAD6、C3H1、HCT、CCR2及PAL2在突变体中的表达量均极显著下降;纤维素合成相关基因CesA4和CesA7表达量升高,CesA8表达量下降;半纤维素合成相关基因FRA8与IRX8表达量升高,IRX9的表达量下降;与细胞膨胀相关的基因XTH5、SCPL45和SCPL49表达量下降;程序化死亡相关基因XND1与XCP1表达下降,LBD30与XCP2表达量上升。上述结果表明,GATA12基因可以对植株茎部的生长存在一定的调控作用,能够对SCW的加厚起正向调控作用。