毛竹生長(zhǎng)過(guò)程中纖維素合成酶基因的時(shí)空表達(dá)和功能預(yù)測(cè)

李秀云，陳曉沛，徐英武，曹友志

（浙江農(nóng)林大學(xué) 省 部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨 安 3 11300）

毛竹生長(zhǎng)過(guò)程中纖維素合成酶基因的時(shí)空表達(dá)和功能預(yù)測(cè)

李秀云，陳曉沛，徐英武，曹友志

（浙江農(nóng)林大學(xué) 省 部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨 安 3 11300）

毛竹Phyllostachys edulis是中國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)竹種，纖維素合成對(duì)于竹材的形成具有重要意義。纖維素主要由纖維素合成酶（CesA）合成，并儲(chǔ)存在植物的初生壁和次生壁中。通過(guò)生物信息學(xué)方法、透射電鏡觀察以及熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qRT-PCR）技術(shù)研究了毛竹纖維素合成酶的表達(dá)和功能。共獲得16個(gè)毛竹纖維素合成酶家族基因。結(jié)構(gòu)域分析表明：毛竹纖維素合成酶都含有cellulose_synt結(jié)構(gòu)域，N端大多有鋅（Zn）指結(jié)構(gòu)。毛竹韌皮部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)：次生壁隨著高的增加而加厚，次生壁的初始形成在上升期（1.2m）。定量分析表明：8個(gè)基因（PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4，PeCesA5，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13）在次生壁形成的部位表達(dá)最顯著，3個(gè)基因（PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13）在初生壁結(jié)構(gòu)部位表達(dá)最顯著。結(jié)合前人對(duì)相同時(shí)期毛竹的纖維素含量研究，推測(cè)在毛竹幼竹生長(zhǎng)過(guò)程中PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4和PeCesA5基因主要參與毛竹次生壁的合成，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13對(duì)初生壁和次生壁的形成都起到一定作用。圖5表2參26

植物學(xué)；毛竹；纖維素合成酶；韌皮部;超微結(jié)構(gòu)；初生壁；次生壁

纖維素合成酶（cellulose synthase,CesA）是一種與膜結(jié)合的糖基轉(zhuǎn)移酶，通過(guò)利用UDP-葡萄糖催化形成β-1,4糖苷鏈，進(jìn)一步合成纖維素［1］。纖維素合成酶被稱之為 “復(fù)合物的復(fù)合物”,其家族有多個(gè)成員。在執(zhí)行功能前，不同成員之間形成二聚體亞單元，6個(gè)亞單元之間形成1個(gè)獨(dú)立單元，6個(gè)獨(dú)立單元之間形成復(fù)雜的纖維素合成酶聚合體［2］。纖維素依賴于這種復(fù)合物的合成和加工，并儲(chǔ)存在細(xì)胞壁中。因此，研究纖維素合成酶在植物中的功能，有助于認(rèn)識(shí)植物細(xì)胞壁形成的機(jī)理以及富含纖維素的生物質(zhì)能源的利用。擬南芥Arabidopsis thaliana中有10個(gè)CesA基因，水稻Oryza sativa中有10個(gè)CesA基因，玉米Zeamays中有20個(gè)CesA基因，大麥Triticum aestivum中有9個(gè)CesA基因［3－4］。對(duì)擬南芥的研究表明：AtCesA1，AtCesA3，AtCesA6，AtCesA10與初生壁合成相關(guān)，AtCesA4，AtCesA7，AtCesA8與次生壁合成相關(guān)，AtCesA2，AtCesA5，AtCesA9與AtCesA6在功能上有部分冗余［5］。另外，水稻、大麥、陸地棉Gossypium hirsutum中有關(guān)CesA4的基因研究表明：CesA4基因參與次生壁的形成。該基因的突變或過(guò)表達(dá)對(duì)纖維素的含量變化影響很大［6］。水稻中CesA9基因研究表明：OsCesA9與水稻次生壁的形成有關(guān)，CesA9的錯(cuò)義突變會(huì)導(dǎo)致植株矮化和不育［7］。這表明不同植物中的纖維素合成酶基因存在功能上的差異，且決定著植物中的纖維含量。毛竹Phyllostachys edulis是開(kāi)發(fā)利用程度最高，經(jīng)濟(jì)規(guī)模最大的竹種，其纖維含量的高低更是影響著竹材的質(zhì)地和竹筍的口感。目前，涉及毛竹纖維素合成酶的分子研究還比較少，相關(guān)報(bào)道中僅6個(gè)纖維素合成酶基因被克?。?－9］，而纖維素合成酶在毛竹幼竹生長(zhǎng)過(guò)程中的功能仍不清楚。本研究利用生物信息學(xué)方法找數(shù)據(jù)庫(kù)可信度高的纖維素合成酶家族成員16個(gè)，利用實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（qRT-PCR）技術(shù)對(duì)其中8個(gè)纖維素合成酶基因進(jìn)行時(shí)空表達(dá)模式分析。結(jié)合不同高度不同部位毛竹細(xì)胞壁超微結(jié)構(gòu)觀察，預(yù)測(cè)不同纖維素合成酶成員的功能，以期為毛竹幼竹生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)制的解析提供重要的分子依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

實(shí)驗(yàn)所用材料均于2015年采自浙江省臨安市板橋鎮(zhèn)海拔 50~200m的向陽(yáng)山坡上正常生長(zhǎng)發(fā)育的野生毛竹林。 采樣條件：4月7日，氣溫5.0~10.0℃，相對(duì)濕度95%，采集0.1 m高（H1）的毛竹筍3株，0.3 m（H2）毛竹筍3株；4月15日，氣溫10.0~25.0℃，相對(duì)濕度30%，采集1.2 m（H3）高的毛竹筍3株；4月25日，氣溫15.0~28.0℃，相對(duì)濕度25%，采集6.0m（H4）高的毛竹筍3株,胸徑40 cm；5月17日，氣溫20.0~30.0℃，相對(duì)濕度60%，采集14.0 m（H5）高的竹筍3株,胸徑40 cm。將毛竹筍地上部分按高度平均分成3個(gè)部分，取各部分的中間部位的材料作為實(shí)驗(yàn)樣品，從上到下分別標(biāo)記為頂部、中部和基部。地下部分標(biāo)為根部。將采集的樣品放液氮速凍，－80℃保存。另外一部分樣品，放在體積分?jǐn)?shù)為2.5%戊二醛固定液中進(jìn)行固定，4℃保存。

1.2 透射電鏡制片及觀察

取出保存在體積分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛固定液中的樣品，經(jīng)0.1 mol·L－1pH 7.0的磷酸緩沖液沖洗，固定在體積分?jǐn)?shù)為1.0%的鋨酸溶液中。用不同體積分?jǐn)?shù)梯度的乙醇對(duì)樣品進(jìn)行脫水處理，并用環(huán)氧化樹(shù)脂包埋。樣品在Leica EM UC7型超薄切片機(jī)中切片，獲得70~90 nm的切片，經(jīng)檸檬酸鉛溶液、醋酸雙氧鈾和體積分?jǐn)?shù)為50%飽和乙醇中各染色5~10 min，在Hitachi H-7650型透射電鏡中觀察。

1.3 纖維素合成酶家族基因獲得及生物信息學(xué)分析

在美國(guó)生物技術(shù)信息中心（NCBI）數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索毛竹纖維素合成酶基因的蛋白序列和DNA序列，并登陸B(tài)ambooGDB（http://www.bamboogdb.org/），下載毛竹基因組蛋白質(zhì)序列。pfam網(wǎng)站上下載Cellulosesynt結(jié)構(gòu)域的種子序列PF03552，利用HMMER2.3.2中hmmsearch的功能搜索毛竹基因組蛋白質(zhì)序列庫(kù)，凡是閾值E?1的均認(rèn)為是其超家族成員［10］。將所得序列進(jìn)行比對(duì)，去除纖維素合成酶類似蛋白家族基因序列、相同序列和相差幾個(gè)內(nèi)含子的基因序列。ProtScale（http://web.expasy.org/protscale/）用于蛋白的分子量和等電點(diǎn)分析，TMHMM（http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）用于蛋白跨膜結(jié)構(gòu)分析，Smart（http://smart.embl-heidelberg.de/）用于蛋白結(jié)構(gòu)域分析。毛竹纖維素合成酶家族基因的蛋白序列經(jīng)ClustalX2全序列比對(duì)后用MEGA6構(gòu)建分子系統(tǒng)樹(shù)。并在CellWallGenomics（https://cellwall.genomics.purdue.edu/intro/index.html）下載水稻和擬南芥的纖維素合成酶基因。將毛竹、擬南芥、水稻等3個(gè)物種的纖維素合成酶家族基因的蛋白序列經(jīng)ClustalX2全序列比對(duì)后用MEGA6構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)［11］。

1.4 毛竹RNA的提取及qRT-PCR

用TRIZOL法提取毛竹RNA［12］，選擇質(zhì)量完備的RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。cDNA經(jīng)內(nèi)參基因NTB（F：TCTTGTTTGACACCGAAGAGGAG，R:AATAGCTGTCCCTGGAGGAGTTT）和TIP4 1（F：AAAATCATTG TAGGCCATTGTCG，R:ACTAAATTAAGCCAGCGGGAGTG）檢驗(yàn)后，－20℃保存［13］。選擇合適的定量片段，設(shè)計(jì)定量引物（表1）。以保存的cDNA為模板，擴(kuò)增出的片段經(jīng)膠回收，連接到T-Vector pMD19（Simple）（購(gòu)自Takara公司），測(cè)序驗(yàn)證正確后，進(jìn)行qRT-PCR實(shí)驗(yàn)，并用2-△△Ct的方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果［14］。

表1 毛竹纖維素合成酶基因定量信息Table 1 Phyllostachys edulis cellulose synthase gene quantitative information

2 結(jié)果與分析

2.1 毛竹幼竹莖稈細(xì)胞壁超微結(jié)構(gòu)的觀察

實(shí)驗(yàn)觀察了5個(gè)高度毛竹的基部及H4時(shí)頂部、中部和根部的韌皮部細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)。從細(xì)胞結(jié)構(gòu)來(lái)看，在毛竹發(fā)育初期，細(xì)胞內(nèi)含物較豐富，后期細(xì)胞內(nèi)含物開(kāi)始減少，逐漸變空（圖1，圖2）。這可能是早期細(xì)胞結(jié)構(gòu)未發(fā)育成熟，仍具有分裂分化的能力。韌皮部的功能主要是運(yùn)輸有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，隨著韌皮部結(jié)構(gòu)的成熟，細(xì)胞變成與其功能相適應(yīng)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。從細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)來(lái)看，H1，H2基部皆有一層初生壁結(jié)構(gòu)，H3基部次生壁開(kāi)始出現(xiàn)，但不明顯，H4和H5的基部的次生壁較明顯，且H5比H4時(shí)的次生壁厚。這表明竹筍基部韌皮部的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)層次隨高度的增加逐漸增加。H4時(shí)，中部和基部有次生壁結(jié)構(gòu)，頂部和根部未觀察到次生壁形成（圖1，圖2）。這表明，次生壁先在成熟的基部產(chǎn)生。

2.2 纖維素合成酶家族基因的生物信息學(xué)分析

利用HMMER 2.3.2中hmmsearch的搜索功能，得到48條靶標(biāo)序列，NCBI中找到13條靶標(biāo)序列。將所得61序列進(jìn)行比對(duì)，去除纖維素合成酶類似蛋白家族基因序列、相同序列和相差幾個(gè)內(nèi)含子的基因序列后，共獲得16條纖維素合成酶CesA基因?？缒ゎA(yù)測(cè)表明：纖維素合成酶一般有6~8個(gè)跨膜區(qū)，分子量在110 kD左右，等電點(diǎn)在7.0左右（表2）。結(jié)構(gòu)域分析表明：毛竹纖維素合成酶都含有cellulose_synt結(jié)構(gòu)域，N端大多有鋅（Zn）指結(jié)構(gòu)（圖3）。用MEGA 6.0對(duì)毛竹纖維素合成酶家族基因蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)集進(jìn)行驗(yàn)證，數(shù)據(jù)集的平均距離為0.568，適合構(gòu)建NJ（neighbor joining）樹(shù)，選擇貝葉斯數(shù)最低的JTT（Jones-Taylor-Thornton）模型，步長(zhǎng)值設(shè)為1 000。分子系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)表明：纖維素合成酶家族成員相似性高，遺傳距離近。從拓?fù)浞种?lái)看，纖維素合成酶家族基因有3種聚類情況，PeCesA9和PeCesA12占有1個(gè)分支；PeCesA2，PeCesA8，PeCesA14，PeCesA16分別占有1個(gè)分支；其他成員聚在一簇（圖3）。這表明纖維素合成酶基因中，PeCesA2，PeCesA8，PeCesA14，PeCesA16可能獨(dú)立行使功能，PeCesA9和PeCesA12和其他聚在一簇的成員可能存在功能上的冗余。

圖1 不同高度毛竹基部韌皮部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)Figure 1 Phloem cell ultrastructure of different height basal part of Phyllostachys edulis

選擇毛竹、水稻、擬南芥等3個(gè)物種的纖維素合成酶家族基因蛋白序列，用最大似然法（maximum likelihoodmethod，ML）和LG+G模型構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)。系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)顯示：這些纖維素合成酶被分為6個(gè)亞類（A亞類、B亞類、C亞類、D亞類、E亞類、F亞類）。其中，A亞類、B亞類、E亞類、F亞類包含3個(gè)物種的基因，C亞類僅有擬南芥纖維素合成酶基因，D亞類包含毛竹、水稻的纖維素合成酶基因，毛竹、水稻、擬南芥均屬于被子植物門(mén)，毛竹、水稻屬于單子葉植物綱，擬南芥屬于雙子葉植物綱。這表明CesA基因極有可能在單、雙子葉植物分化前就已經(jīng)出現(xiàn)分化，且在基因進(jìn)化過(guò)程中，毛竹和水稻的纖維素合成酶的蛋白質(zhì)序列同源性高（圖4）。

2.3 毛竹纖維素合成酶基因的時(shí)空表達(dá)

圖2 H4時(shí)毛竹不同部位韌皮部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)Figure 2 Phloem cell ultrastructure of different parts of H4in Phyllostachys edulis

圖3 毛竹纖維素合成酶家族基因分子系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)及結(jié)構(gòu)域Figure 3 Molecular phylogenetic tree and domains of cellulose synthase familymembers in Phyllostachys edulis

圖4 毛竹、擬南芥、水稻等纖維素合成酶的系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)Figure 4 Phylogenetic tree of cellulose synthase in Phyllostachys edulis， Oryza sativa and Arabidopsis thaliana

表2 毛竹、擬南芥、水稻等纖維素合成酶家族成員分析Table 2 Members of cellulose synthase family in Phyllostachys edulis，Oryza sativa and Arabidopsis thaliana

實(shí)驗(yàn)選擇8個(gè)毛竹纖維素合成酶基因在5個(gè)高度20個(gè)部位進(jìn)行時(shí)空表達(dá)分析。在H1時(shí)，PeCesA1，PeCesA2，PeCesA6在頂部表達(dá)最顯著，PeCesA9在基部表達(dá)最顯著，PeCesA4在根部表達(dá)最顯著，在各個(gè)部位都表達(dá)的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA6和PeCesA13。在H2時(shí)，所有基因在根部表達(dá)都最顯著；除PeCesA4，其他基因在基部的表達(dá)都次顯著，在所有部位都表達(dá)的基因有PeCesA3，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA13。在H3時(shí)，所有的基因在基部的表達(dá)都最顯著，根部的表達(dá)都次顯著，在所有部位都表達(dá)的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA13。在H4時(shí)，中部表達(dá)最顯著的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA5，基部表達(dá)最顯著的基因有PeCesA4，PeCesA6，PeCesA9，PeCesA13，所有的基因根部的表達(dá)都次顯著，各個(gè)部位都表達(dá)的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA6和PeCesA13。在H5時(shí)，PeCesA4，PeCesA9在頂部的表達(dá)最顯著，PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3和PeCesA5在中部的表達(dá)最顯著，PeCesA6在根部的表達(dá)最顯著，PeCesA1，PeCesA2和PeCesA6在頂部的表達(dá)次顯著，PeCesA3，PeCesA5和PeCesA4在中部表達(dá)次顯著，PeCesA3，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA9在各個(gè)部位都表達(dá)。從結(jié)果可以得出，PeCesA4在毛竹生長(zhǎng)初期僅在根部和基部表達(dá)，隨著高度的增加，中部和頂部的表達(dá)量升高，根部和基部的表達(dá)量降低。除H2時(shí)毛竹的基部PeCesA9表達(dá)量顯著，PeCesA4無(wú)表達(dá)，其他情況下PeCesA9和PeCesA4的表達(dá)模式一致。PeCesA6的表達(dá)情況和PeCesA4相反，PeCesA6在毛竹生長(zhǎng)初期在頂部表達(dá)最顯著，隨著高度的增加，慢慢在基部和根部的表達(dá)量增加，頂部的表達(dá)降低。另外，PeCesA1和PeCesA2的表達(dá)模式則基本一致，2個(gè)基因在各個(gè)時(shí)期各個(gè)部位都有表達(dá)，H1時(shí)在頂部表達(dá)顯著，H4時(shí)在中部表達(dá)顯著，H3和H5時(shí)在基部表達(dá)顯著，H2時(shí)在根部表達(dá)顯著。PeCesA3和PeCesA5的表達(dá)模式基本一致，2個(gè)基因在各個(gè)時(shí)期各個(gè)部位都有表達(dá)，隨著高度的增加，表達(dá)顯著部位從根部變成中部和基部。H4之前，PeCesA13在生長(zhǎng)初期表達(dá)最顯著部位是根部，后在中部基部表達(dá)最顯著，到H5時(shí)，表達(dá)情況又恢復(fù)到初始情況。在毛竹生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，根部和基部表達(dá)的纖維素合成酶基因多于頂部和中部。這表明毛竹纖維素合成酶家族成員之間的功能上存在不同的分工，而且竹桿的纖維素合成很可能從基部和根部啟動(dòng)的（圖5）。

圖5 毛竹纖維素合成酶基因的時(shí)空表達(dá)模式圖Figure 5 Temporospatial expressions pattern of cellulose synthase genes in Phyllostachys edulis

3 討論

毛竹筍剛出土?xí)r，每天僅長(zhǎng)高幾厘米，以后逐漸加快，每天長(zhǎng)高幾十厘米，高峰期一晝夜可長(zhǎng)高1.0m以上。這種獨(dú)特的生長(zhǎng)特性，使它在幼筍出土長(zhǎng)成幼竹的短短幾個(gè)月內(nèi)即完成稈形生長(zhǎng)。為探究毛竹纖維素合成酶基因在毛竹幼竹生長(zhǎng)過(guò)程的表達(dá)模式和功能，本研究選取5個(gè)高度的毛竹作為研究對(duì)象。0.1 m和0.3 m時(shí)為毛竹生長(zhǎng)初期，1.3 m為毛竹上升期，6.0 m左右為毛竹盛期，14.0 m時(shí)毛竹開(kāi)始抽枝展葉，為末期［15－17］。細(xì)胞壁按形成先后，分為初生壁和次生壁［18］。毛竹韌皮部細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察表明，一般生長(zhǎng)期的毛竹基部韌皮部細(xì)胞可觀察到次生壁出現(xiàn)，爆發(fā)式生長(zhǎng)期的毛竹中部和基部韌皮部細(xì)胞有次生壁結(jié)構(gòu)，頂部和根部韌皮部細(xì)胞未觀察到次生壁結(jié)構(gòu)，成竹期毛竹基部韌皮部細(xì)胞的次生壁比爆發(fā)式生長(zhǎng)期厚。這與劉波等［19］研究發(fā)現(xiàn)不同類型的細(xì)胞出現(xiàn)壁層的時(shí)間和層數(shù)不同，纖維、基本薄壁組織細(xì)胞和導(dǎo)管細(xì)胞壁層數(shù)在發(fā)育過(guò)程中不斷增加有一定的吻合。研究表明：纖維素是構(gòu)成毛竹細(xì)胞壁的主要成分之一，尤其是在幼嫩的毛竹中，纖維素含量高達(dá)75%［20］。在毛竹幼齡期，纖維素含量隨著高度和時(shí)間的增加而升高，成竹后隨著年齡的增加而降低的趨勢(shì)［21－23］。而在毛竹幼竹生長(zhǎng)發(fā)育中次生壁形成的部位，最顯著表達(dá)的基因有 PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4，PeCesA5，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13，在僅有初生壁結(jié)構(gòu)的部位最顯著表達(dá)的基因有PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13。因此推測(cè)PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4和PeCesA5基因主要參與毛竹次生壁的合成，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13對(duì)初生壁和次生壁的形成都起到一定作用。另外，在毛竹生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，根部和基部表達(dá)的纖維素合成酶基因多于頂部和中部，尤其是基部的纖維素合成酶基因表達(dá)數(shù)最多且表達(dá)量最顯著。針對(duì)這一現(xiàn)象的解釋，可能是竹稈的發(fā)育、成熟和老化從基部首先啟動(dòng)，中部和頂部要順次晚一些［16］。

系統(tǒng)進(jìn)化分析表明：毛竹與水稻的親緣關(guān)系較近，AtCesA4，PeCesA7，OsCesA7和AtCesA8，PeCesA4，OsCesA4在功能上可能保守。有研究表明：AtCesA4和AtCesA8與次生壁合成相關(guān)［5］，OsCesA4參與次生壁的合成［6］。本研究中預(yù)測(cè)PeCesA4功能也主要參與毛竹次生壁的形成。AtCesA9與AtCesA6在功能上有部分冗余，OsCesA9基因與水稻次生壁的形成有關(guān)［7］。本研究中預(yù)測(cè)PeCesA6和PeCesA9功能都對(duì)初生壁和次生壁的形成有重要作用，也是功能冗余的體現(xiàn)。

本研究對(duì)8個(gè)纖維素合成酶基因表達(dá)模式歸納發(fā)現(xiàn)：PeCesA1和PeCesA2的表達(dá)模式相同；PeCesA3和PeCesA5的表達(dá)模式相同；PeCesA4和PeCesA6表達(dá)模式相反；除生長(zhǎng)初期毛竹的基部PeCesA9表達(dá)量顯著，PeCesA4無(wú)表達(dá)，其他情況下PeCesA9和PeCesA4的表達(dá)模式一致。猜測(cè)，在發(fā)揮功能時(shí)，PeCESA1和PeCESA2蛋白可能會(huì)形成二聚體，PeCESA3和PeCESA5蛋白可能會(huì)形成二聚體［24-25］。PeCesA4和PeCesA9蛋白根據(jù)功能選擇是否形成二聚體，PeCESA4和PeCESA6蛋白參與的過(guò)程可能不同。本研究實(shí)驗(yàn)證據(jù)不足，這些纖維素合成酶以怎樣的聚合形式執(zhí)行怎樣的過(guò)程以及發(fā)揮何種功能仍不清楚。

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Temporo-spatial expressions and prediction of cellulose synthase gene functionswith growth of Phyllostachys edulis

LIXiuyun,CHEN Xiaopei,XU Yingwu,CAO Youzhi
（State Key Laboratory of Subtropical Silviculture,Zhejiang A&FUniversity,Lin’an 311300,Zhejiang,China）

Phyllostachys edulis,a major commercial bamboo species in China,utilizes cellulose synthesis, which mainly synthesizes cellulose deposited in the primary and secondary cell walls and is key in bamboo growth and development.This study was conducted to determine the structure and function of cellulose synthase as it promotes bamboo growth and development.Expression and function of cellulose synthase were researched with a bioinformatics analysis,transmission electron microscope（TEM）,and quantitative real-time polymerase chain reaction（qRT-PCR）.Results indicated that 16 members of the cellulose synthase family were predicted,and the proteins contained a cellulose-syntmotif and a zinc fingermotif on the N terminus using domain prediction.Cell phloem ultrastructures of Ph.edulis showed that the secondary cell wallwas thicker with an increasing height of bamboo,and first appeared in the basal part （first 1.2 m）.Eight cellulose synthase genes（PeCesA1,PeCesA2,PeCesA3,PeCesA4,PeCesA5,PeCesA6,PeCesA9,and PeCesA13）had a high expression on parts of the secondary cellwall;whereas,three cellulose synthase genes （PeCesA6,PeCesA9,and PeCesA13）had a high expression on parts of the primary cellwall.Based on previous studies of bamboo cellulose content for the same growth stages,for young bamboo,PeCesA1,PeCesA2,PeCesA3,PeCesA4,and PeCesA5 were themain genes responsible for the secondary cellwall;and PeCesA6,PeCesA9,and PeCesA13 were likely involved in building both primary and secondary cellwalls.［Ch,5 fig.2 tab.26 ref.］

botany;Phyllostachys edulis;cellulose synthase;phloem;ultrastructure;primary cell wall;sec-ondary cellwall

S718.3

A

2095-0756（2017）04-0565-09

10.11833/j.issn.2095-0756.2017.04.001

2016-03-30；

2017-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（31570686）；浙江農(nóng)林大學(xué)人才啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目（2012FR079）

李秀云，從事大分子結(jié)構(gòu)與功能研究。E-mail：251846332@qq.com。通信作者：曹友志，講師，博士，從事植物發(fā)育分子生物學(xué)研究。E-mail：yzcao@zafu.edu.cn