兴安落叶松(Larix gmelinii)属于松科落叶松属,是我国东北、华北及内蒙古针叶林的主要组成树种。其木材挺直、纹理清晰、材质致密,具有较强的机械性能；另外,由于其纤维细胞较长,非纤维细胞含量低,使其在建筑、装饰、造纸和化学纤维工业等领域具有广泛的应用价值。因此,通过分子生物学的方法,开发其材质相关基因资源,并通过调控相关基因的表达,改善其材质对提高其经济价值具有重要的意义。植物细胞壁由各种多糖组成,包括纤维素、半纤维素、果胶和胼胝质等物质。纤维素和胼胝质的直接合成前体物质是UDP-葡萄糖(UDP-Glc),它是由UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)催化葡萄糖-1-磷酸(Glc-1-P)生成的；半纤维素和果胶的生物合成前体物质是UDP-葡萄糖醛酸酯(UDP-GlcA),它是由UDP葡萄糖脱氢酶(UGDH)催化UDP-Glc脱氢生成的。UGPase和UGDH作为纤维素和半纤维生物合成途径中的关键酶,可能通过影响植物纤维素和半纤维素的生物合成进而对其材质产生影响。本研究采用RT-PCR及RACE技术分离了兴安落叶松UGPase和UGDH基因,分别命名为LgUGPase和LgUGDH。LgUGPase包含1443bp的开放阅读框,编码480个氨基酸,蛋白分子量为53.7kDa,理论等电点为5.41；LgUGDH cDNA全长1904bp,包含1443bp的开放阅读框,编码480个氨基酸,蛋白质分子量为52.62kDa,理论等电点为5.74。系统进化分析显示LgUGPase和LgUGDH分别与北美云杉等裸子植物的UGPase和UGDH亲缘关系较为接近。半定量RT-PCR分析结果显示,LgUGPase和LgUGDH在兴安落叶松幼苗根、茎、叶中均有表达,其中茎中的表达量最高。经Southern杂交推测,LgUGPase和LgUGDH在兴安落叶松基因组中各存有两个拷贝。为了进一步分析LgUGPase和LgUGDH基因的功能及特性,利用花絮浸染法进行了拟南芥的遗传转化,并通过自花授粉获得各自的转基因纯合株系。RT-PCR分析和酶活性检测结果证实,这两个基因在各自的转基因拟南芥植株中均有稳定表达。对转基因纯合株系进行表型分析结果显示：LgUGPase和LgUGDH的过量表达促进了转基因拟南芥的营养生长；转基因拟南芥中可溶性糖含量有明显的提高,而且其茎及叶脉薄壁细胞的细胞壁都有着不同程度的加厚。LgUGPase和LgUGDH基因的过量表达分别对转基因拟南芥纤维素和半纤维素的积累起到了一定的促进作用。以上结果表明, UGPase和UGDH作为纤维素和半纤维素生物合成途径中的关键酶,通过调控多糖代谢来调控植物体内可溶性糖、纤维素和半纤维素的含量,进而影响植物的生长发育及材质。该研究成果为揭示LgUGPase和LgUGDH基因的功能特性、开发兴安落叶松的材质基因资源,及利用兴安落叶松的材质相关基因进行草本作物及林木的遗传改良提供了实验依据。