竹具有生长迅速、生产周期短、难开花等特点,竹子有着重要的经济价值和广阔的开发应用前景。慈竹属于禾本科竹亚科慈竹属,为地下茎合轴丛生型,其生物量大、纤维素含量高,具有重要的经济价值。蔗糖合酶(SUS,EC 2.4.1.13)在植物中被广泛认为是一种具有调节碳汇强度、纤维素生物合成、碳分配以及响应植物逆境胁迫等功能的多功能蛋白。然而,有关SUS在竹纤维发育以及在逆境胁迫过程中的遗传证据尚有不足。在此,我们在前期获得了慈竹Be SUS5、Be SUS6和Be SUS7基因的基础之上,进一步通过亚细胞定位分析、启动子分析、遗传转化毛白杨、烟草和方竹等,对三个基因进行了功能验证,初步解析了Be SUS5-7在调节纤维素合成以及响应高盐、干旱压等逆境胁迫中起的作用。论文的主要研究结果如下:(1)成功构建慈竹Be SUS5-7基因亚细胞定位载体,洋葱表皮亚细胞定位分析表明Be SUS5蛋白主要定位在细胞膜上,而Be SUS6和Be SUS7蛋白主要定位在细胞膜和细胞质上。(2)Genome Walking获得Be SUS5的启动子,生物信息学分析显示该启动子上有丰富的光响应元件、脱落酸响应元件、MEJA响应元件以及低温响应元件等;将Be SUS5启动子转化烟草,获得稳定表达植株,GUS染色发现转基因植株子叶及茎秆染色较深。100 m M Na CL处理后,GUS染色发现Bep SUS5除了在植株子叶表达外,根部也有表达。(3)由于Be SUS5定于质膜,因此推测其可能与纤维素合成密切相关。将Be SUS5基因遗传转化木本模式植物毛白杨,分析发现过表达Be SUS5增强了毛白杨SUS活性,显著促进了植物的生长,尤其是木质部的生长。在Be SUS5转基因植株中,叶片总可溶性糖(TSS)和淀粉含量降低,茎中纤维素含量增加,表明过表达Be SUS5可能促进非结构碳水化合物(NSC)向结构碳水化合物(SC)的分配。与这些结果一致的是纤维素生物合成相关基因,如纤维素合酶(Ces A7)以及KORRIGAN(KOR)基因的表达明显上调。因此,以上研究结果认为Be SUS5不仅增加了毛白杨细胞壁厚度和细胞壁结晶度,还改变了茎的纤维表型。(4)将Be SUS5、Be SUS6和Be SUS7过表达载体分别遗传转化烟草,成功获得高表达转基因植株,分析发现转基因烟草可溶性糖含量以及淀粉含量明显(除了L2)高于野生型(WT),而植株生长与野生型基本无差异。干旱处理后,DAB和NBT组织化学染色分析、脯氨酸含量分析以及丙二醛(MDA)分析显示转基因植株在干旱胁迫后积累较少的ROS含量,且可以不同程度地提高植株在干旱胁迫下的细胞渗透调节能力,以及降低细胞膜受损程度。q RT-PCR检测与植株抗氧化化系统相关基因表达情况,与WT相比,转Be SUS5-7基因植株中SOD(Superoxidedismutase)以及CAT(Catalase)等基因相对表达量明显上调。盐处理后,DAB、NBT染色、叶绿素荧光分析、叶绿素含量分析以及脯氨酸和MDA含量测定显示,转Be SUS5-7能够不同程度的降低植株中ROS累积,提高光合效率,并降低植株中MDA含量;q RT-PCR检测发现转基因植株中SOD、APX(Ascorbate peroxidase)、DERBIA以及耐盐有关基因NHX(Na+/H+..Antiporter)和SOS(Salt overly sensitive)等基因相对表达量较WT明显上调。以上结果初步证明Be SUS5-7基因可能通过影响植株抗氧化系统基因的表达,从而降低植株ROS的积累,进而有效提高转基因植株在干旱和盐胁迫下的耐受性。(5)慈竹Be SUS5和Be SUS6遗传转化方竹,获得转Be SUS5基因阳性方竹苗18株,转Be SUS6基因阳性方竹苗21株。从植株生长状况来看,转基因植株生长高度大于野生植株,在今后的研究中将进一步对转基因竹相关生理生化指标进行分析。