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木材品质改良是林木遗传育种领域的重要研究课题之一,纤维素是细胞壁的主要成分,与木材品质密切相关。纤维素是由UDP-G通过β-1,4糖苷键链接而成的多聚物,蔗糖合酶(Sucrose Synthase,SS)催化蔗糖分解为UDP-G和果糖,而UDP-G为纤维素合成的底物,对于纤维葡聚糖链的聚合延伸具有至关重要的作用。因此,开展毛白杨蔗糖合酶PtSS基因家族成员功能的研究,对于探究PtSS基因家族成员在木材形成的分子机制具有重要的理论意义,同时,对于通过基因工程改良木材品质具有潜在的应用价值。该研究以毛白杨为试材,在前期克隆部分毛白杨蔗糖合酶基因家族成员及其启动子,以及构建了部分基因成员正义表达载体的基础上,构建了9个amiRNAi载体,通过农杆菌介导在杨树中进行了遗传转化,经PCR检测鉴定获得阳性植株,进一步对转基因株系进行了RT-qPCR分析、酶学活性测定分析和糖代谢变化相关分析,对毛白杨蔗糖合酶部分基因家族成员的功能进行了初步鉴定。主要研究结果如下：1、采用amiRNAi技术构建了amiRNA-PtSS1、amiRNA-PtSS2.amiRNA-PtSS3. amiRNA-PtSS4、amiRNA-PtSS6和amiRNA-PtSS7共6个单基因干扰载体以及amiRNA-PtSS1-2、amiiRNA-PtSS4-5和amiRNA-PtSS6-7共3个双基因干扰载体,在杨树中进行了遗传转化,经PCR检测获得15个amiRNAi转基因株系,经扩繁得到90个植株。2.RT-qPCR分析表明,amiRNAi转基因株系(amiRNA-PtSSl/PtSS3/PtSS4)对应的PtSS成员的mRNA(mRNA-PtSS1/PtSS3/PtSS4)表达量在不同组织中均明显下调；其他两个成员的mRNA在茎和叶中的表达量无明显变化,而在根中,amiRNA-PtSSl转基因株系的mRNA-PtSS3和mRNA-PtSS4上调,amiRNA-PtSS3转基因株系的mRNA-PtSS4上调,amiRNA-PtSS4的mRNA-PtSSl和mRNA-PtSS3上调,可能是由于根中不同成员之间的代偿效应所致；正义表达转基因株系(PtSS1/PtSS2/PtSS3)中PtSS成员对应的mRNA(mRNA-PtSS1/PtSS2/PtSS3)表达量在不同组织中均上调,其他两个成员mRNA表达量则没有发生变化。3、蔗糖合酶活性测定分析表明,3个amiRNAi结构不同转基因株系的蔗糖合酶活性在茎和叶中明显下降,但在根中无明显变化；在PtSS1、PtSS2正义转化不同株系根、茎、叶组织中蔗糖合酶活性明显上升,在PtSS3正义转基因株系中,茎、叶中蔗糖合酶活性显著上升,而在根中则保持不变。总的来讲,酶学活性变化规律与RT-qPCR分析结果相吻合。4、糖代谢变化规律分析显示,在amiRNAi转基因株系的茎和叶中,糖含量变化总体趋势呈蔗糖含量增加,果糖和葡萄糖含量减少的特点。在根中,amiRNA-PSSS1和amiRNA-PtSS3转基因株系的蔗糖和果糖含量基本不变,amiRNA-PtSS4转基因株系蔗糖含量减少,果糖含量增加,但这3个amiRNAi载体的转基因植株的葡萄糖含量均减少。amiRNA-PtSS3和amiRNA-PtSS4转基因株系在叶中的葡萄糖含量不变；正义表达转基因株系中的糖含量变化总体上呈现蔗糖含量减少,果糖和葡萄糖含量增加的特征,但在PtSS3转基因株系的根中,蔗糖、果糖和葡萄糖无明显变化,由于该成员为单拷贝存在,可能存在反馈抑制。在PtSS2转基因株系的叶中,葡萄糖含量不变。