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羧酸酯酶(Carboxylesterase,CXE)是一类具有α/β折叠结构域的水解酶类,在植物生长发育和胁迫响应中发挥着重要作用。对该基因家族进行结构和功能研究,对于林木抗病育种和遗传改良有重要价值。本研究以毛果杨(Populus trichocarpa)为材料,通过序列同源搜索鉴定了毛果杨基因组内的CXE基因,分析了CXE基因家族基本特征、基因结构以及基因表达模式;在大肠杆菌中进行了毛果杨CXE重组蛋白的诱导表达并采用亲和层析法进行了纯化,然后利用荧光法和p H指示剂方法测定了毛果杨CXE蛋白的酶学活性;利用遗传转化方法获得了CXE基因对毛白杨品种“741”的阳性转基因植株,提供了杨树抗病性作用研究的材料,为深入揭示林木CXE基因家族的功能奠定了基础。主要研究结果如下:(1)鉴定了毛果杨CXE基因家族,澄清了其结构特征、基因组分布模式和基因表达模式,识别到了组织特异性表达的成员。从毛果杨基因组中总共鉴定出52个CXE基因(Pt CXE),且52个CXE蛋白都含有完整的α/β水解酶结构域。基因结构分析结果显示,毛果杨52个CXE基因分为3个Clade,Clade I、II和III分别有39、4和9个CXE基因;染色体定位分析结果显示,毛果杨CXE基因在染色体上的分布不均匀,其中有28个CXE基因分布在6条染色体上,其余24个CXE基因分散分布在16个染色体上;表达模式分析结果显示,毛果杨8个CXE基因在木质部、韧皮部、叶、小枝和根等5个组织部位均未检测到表达,其余44个CXE基因在5个组织部位呈现差异性表达。本项结果为探究毛果杨羧酸酯酶的功能和分化机制提供了理论依据。(2)测定了毛果杨CXE蛋白的酶学活性,揭示了5个Pt CXE蛋白的体外生化活性及差异。在大肠杆菌中表达并纯化了5个毛果杨CXE蛋白(Pt CXE4、5、6、41和43)。酶学性质分析表明,5个蛋白都可以催化4-甲基伞形酮乙酸酯(4-MU acetate)和4-甲基伞形酮丁酸酯(4-MU butyrate)水解,却都不能催化4-甲基伞形酮月桂酸酯(4-MU laurate)和4-甲基伞形酮棕榈酸酯(4-MU palmitate)水解,且随着底物碳链长度的增加,蛋白的催化活性也随之下降;5个蛋白对植物体内发现的24个天然底物的催化能力测定发现,Pt CXE5可以催化天然底物的个数最多(11个);酶活性的p H依赖性分析发现,在p H6.0～9.0范围内,随着p H的升高5个蛋白的催化活性均呈现升高的趋势。本项结果为推测CXE基因在植物体内的催化能力提供重要的参考。(3)对毛果杨抗病相关CXE基因进行了初步的筛选和体内功能验证。对6个“741”杨CXE基因的遗传转化,每个基因获得了至少4个阳性株系,本项结果为下一步进行转基因阳性植株抗病性机制研究的工作奠定了基础。综合系统进化、表达模式、蛋白生化活性和体内功能等数据,本研究对毛果杨CXE基因家族进行了系统分析,为深入揭示林木CXE基因家族的功能奠定了基础,为林木抗病育种和遗传改良提供了参考。