杨树次生壁纤维素合酶的表达与互作模式分析

[目的]纤维素的合成在木材形成过程中具有重要的作用,纤维素合酶(Cellulose Synthase,CESA)是参与纤维素合成的关键酶.由于3种CESA形成一个有功能的纤维素合酶复合体,而杨树中包含CESA4、CESA7A、CESA7B、CESA8A和CESA8B5种次生壁CESA,本文从这5种CESA的表达模式与互作分析入手,探讨了其在次生壁纤维素合成中的工作模式.[方法]利用RNA-seq与基因芯片数据进行基因表达分析,揭示5种次生壁CESA在根、茎、叶组织的表达模式与次生维管再生过程中的表达变化.利用启动子驱动的GUS转基因材料GUS染色分析与实时定量PCR揭示5种次生壁CESA在各个组织的表达模式与在激素处理下的响应模式.利用荧光素酶互补实验揭示CESA7A、CESA7B、CESA8A与CESA8B之间的互作模式.[结果]基因表达分析表明,杨树5种次生壁CESA基因在杨树成熟茎中高表达,尤其在次生维管组织发育的后期高表达,表明其主要参与木材次生壁纤维素的合成.对启动子驱动的GUS转基因材料观察表明,CESA4、CESA7B、CESA8A和CESA8B的GUS信号在杨树茎和叶中较强,但这些次生壁CESA的表达模式存在一定的差异,这种差异在叶脉中表现地尤为明显.此外,在赤霉素GA3和细胞分裂素6-BA处理下,杨树次生壁CESA的表达量显著上调;在生长素NAA、油菜素内酯BR和乙烯处理下,杨树次生壁CE-SA的表达量下调,但不同的CESA对激素响应的表达量变化幅度存在差异.荧光素酶互补实验表明,杨树次生壁CESA7B和CESA8B、CESA 7B和CESA8A、CESA7A与CESA8B之间存在互作,说明它们之间可以形成复合体.[结论]这些数据显示杨树5种次生壁CESA基因在不同组织与不同激素处理下的表达变化存在一定的差异,而它们之间均能互作,提示杨树5个次生壁CESA基因虽然具有同等的能力形成功能性的纤维素合酶复合体,但在不同组织、不同激素作用下可能有不同的组合方式,进而会导致木材成分的差异.