岩藻糖(Fucose)是一种重要的脱氧己糖,在植物中能调节纤维素微纤维和木葡聚糖的相互作用从而影响细胞壁的机械性能。GDP-岩藻糖(GDP-fucose)是形成岩藻糖基化聚糖的重要供体,通过从头起源(denovopathway)和补救途径(salvagepathway)合成。在大多数生物中,需要岩藻糖激酶和GDP岩藻糖焦磷酸化酶催化生成GDP-岩藻糖。但是在细菌和植物中,仅需要岩藻糖激酶/GDP岩藻糖焦磷酸化酶一种酶即可完成。已有研究发现,AtFKGP基因编码的蛋白具有岩藻糖激酶/GDP岩藻糖焦磷酸化酶双功能酶活性,并且参与了岩藻糖的两步补救反应。但是目前对于植物FKGP基因的起源和进化机制尚不明确,在水稻中的生物学功能尚没有报道。本文基于系统发育树和正选择压力阐明植物FKGP基因的起源和进化模式,利用qRT-PCR方法检测OsFKGP基因在不同生育期各个组织以及逆境胁迫下的表达情况,并基于对水稻OsFKGP基因过表达、突变体植株的表型鉴定,初步阐明OsFKGP基因的功能。主要结果包括:(1)同源性搜索发现目前已经测序的绝大部分链型植物(轮藻和陆生植物)具有FKGP的同源基因,且大部分物种基因组中只含有1个FKGP基因。除此以外,Micromonas sp.RCC299和Micromonas pusilla CCMP1545两个绿藻基因组中也具有FKGP的同源基因,但是与植物其他物种的FKGP基因相比具有较低的序列相似性,且编码的蛋白仅含有L-fucokinase结构域(PF07959),与链型植物FKGP基因编码蛋白存在明显差异。(2)FKGP基因的同源基因广泛存在于细菌和真核生物中。通过系统进化分析发现,链型植物位于细菌分枝内部,说明链型植物的FKGP基因是通过一次水平基因转移得到的。绿藻和真核生物构成了一个分枝,说明绿藻中的FKGP基因是通过另一次水平基因转移事件得到的。绿色植物FKGP基因在水平转移起源后的最初阶段经历了明显的正选择作用,而在陆生植物分化后,纯化选择是主要的选择压力。(3)基于qRT-PCR试验我们发现OsFKGP在不同生育期的叶中表达量较高,在茎中表达量较低,在60天以及分蘖期的根中表达量增高。通过胁迫处理试验,我们发现OsFKGP基因受到 4℃、42℃、GA、6BA、ABA、IAA、NaCl、PEG 和 H2O2 的诱导表达。并且通过亚细胞定位试验,发现该基因定位在细胞质和细胞膜上。(4)为初步了解FKGP基因的生物学功能,本研究构建了水稻OsFKGP基因的突变体株系和过表达株系。基于农艺性状调查,我们发现突变体植物在株高、茎长和节间长度显著大于野生型,而过表达植株则相反。通过测试仪和切片试验,我们发现突变体植株的茎秆强度显著低于野生型,过表达植株显著高于野生型。突变体的茎秆细胞长度大于野生型,内维管束的面积小于野生型,均呈现显著水平,过表达植株的细胞长度显著小于野生型,内维管束面积显著大于野生型。在细胞壁组分方面,突变体植株在纤维素、半纤维素和木糖水平显著低于野生型,葡萄糖、半乳糖和岩藻糖显著高于野生型。过表达植株在各组分含量与突变体呈现相反结果,并且达到显著水平。在本次研究中,我们发现链型植物中的FKGP基因是通过水平基因转移起源的。具有调控茎长、茎秆强度、细胞长度和维管束大小的作用。研究结果不仅对揭示植物的起源和进化提供重要的理论价值,同时对植物抗倒伏育种具有重要的指导价值。