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COBRA编码一种植物特有的GPI锚定蛋白,其基因家族成员数量从几个到十几个不等。不同的COBRA基因在植物的组织中发挥着不同的作用,表现为功能多样化。为探究树木COBRA基因信息及部分基因功能,我们对毛果杨COBRA基因家族展开识别和分析性研究。本研究主要结果如下:毛果杨基因组上存在14个PtrCOBRA基因成员。该家族成员均具有碳水化合物结合域、中心富含半胱氨酸和疏水C末端结构域。进化树显示PtrCOBRA家族成员分成两个分支,分别与拟南芥AtCOB和AtCOBL7聚在一个分支上。基因结构与进化树分类一致,PtrCOBRA家族第一亚支含有多个内含子,而第二亚支只有一个内含子。COBRA3和COBR411在毛果杨木质部高丰度、特异地转录表达;COBRA12和COBRA13在根部高丰度表达;有5个COBRA基因在所有组织均表达;其余的不表达或表达极低。COBRA3和COBRA11从第三茎节有表达,且逐步增强;COBRA10在前三茎节表达较高;有5个COBRA基因在所有茎节均有表达;其余基因未检测到表达。毛果杨COBRA基因在不同组织转录表达水平不同,COBRA基因组织表达存在功能冗余。基于Cas9/gRNA基因编辑策略成功构建pHSE401-PtrCOBRA3和pHSE401-PtrCOBRA11,采用农杆菌介导组培幼苗茎段浸染法进行毛果杨遗传转化,获得了 9株转基因植株。对这9株进行基因组DNAPCR扩增和基因靶位点测序,测序结果比对表明,这9株为敲除突变体。其中4株ptrcobra3敲除突变体,5株ptrcobra11敲除突变体。突变体植株表型:与野生型相比,ptrcobra3植株矮小约12%,叶片细长且卷曲,茎干略有弯曲,表现脆性;ptrcobra11植株矮小约25%,叶片变窄约20%,细长且平展,主茎略弯曲,脆性较ptrcobra3强。利用石蜡切片技术结合化学染色法对突变体木质部纤维细胞进行观察,结果显示:与野生型相比,ptrcobra3和ptrcobra11突变体木质部纤维细胞形态、大小没有发生明显变化,但是在木质化较高茎节木质部纤维细胞的细胞壁厚度变薄。进一步利用扫描电镜观察ptrcobra11突变体茎节横切面木质部纤维细胞表型,结果显示:与野生型相比较,ptrcobra11突变体木质部纤维细胞形态大小无明显变化,但在木质化较高茎节木质部纤维细胞的细胞壁明显变薄。统计木质化较高茎节木质部纤维细胞壁厚度,数据表明,突变体木质部纤维细胞细胞壁厚度变薄约50%。PtrCOBRA3和PtrCOBRA11是PtrCOBRA家族中与毛果杨次生生长相关的主要成员;基因敲除遗传证据显示PtrCOBRA3和PtrCOBRA11基因影响纤维素合成,参与毛果杨茎干次生生长,两者存在功能的冗余。