李秀云，陳曉沛，徐英武，曹友志

（浙江農(nóng)林大學 省 部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 臨 安 3 11300）

毛竹生長過程中纖維素合成酶基因的時空表達和功能預測

李秀云，陳曉沛，徐英武，曹友志

（浙江農(nóng)林大學 省 部共建亞熱帶森林培育國家重點實驗室，浙江 臨 安 3 11300）

毛竹Phyllostachys edulis是中國主要的經(jīng)濟竹種，纖維素合成對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，并儲存在植物的初生壁和次生壁中。通過生物信息學方法、透射電鏡觀察以及熒光定量聚合酶鏈式反應（qRT-PCR）技術研究了毛竹纖維素合成酶的表達和功能。共獲得16個毛竹纖維素合成酶家族基因。結構域分析表明：毛竹纖維素合成酶都含有cellulose_synt結構域，N端大多有鋅（Zn）指結構。毛竹韌皮部細胞超微結構觀察發(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個基因（PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4，PeCesA5，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13）在次生壁形成的部位表達最顯著，3個基因（PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13）在初生壁結構部位表達最顯著。結合前人對相同時期毛竹的纖維素含量研究，推測在毛竹幼竹生長過程中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；毛竹；纖維素合成酶；韌皮部;超微結構；初生壁；次生壁

纖維素合成酶（cellulose synthase,CesA）是一種與膜結合的糖基轉移酶，通過利用UDP-葡萄糖催化形成β-1,4糖苷鏈，進一步合成纖維素［1］。纖維素合成酶被稱之為 “復合物的復合物”,其家族有多個成員。在執(zhí)行功能前，不同成員之間形成二聚體亞單元，6個亞單元之間形成1個獨立單元，6個獨立單元之間形成復雜的纖維素合成酶聚合體［2］。纖維素依賴于這種復合物的合成和加工，并儲存在細胞壁中。因此，研究纖維素合成酶在植物中的功能，有助于認識植物細胞壁形成的機理以及富含纖維素的生物質能源的利用。擬南芥Arabidopsis thaliana中有10個CesA基因，水稻Oryza sativa中有10個CesA基因，玉米Zeamays中有20個CesA基因，大麥Triticum aestivum中有9個CesA基因［3－4］。對擬南芥的研究表明：AtCesA1，AtCesA3，AtCesA6，AtCesA10與初生壁合成相關，AtCesA4，AtCesA7，AtCesA8與次生壁合成相關，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。該基因的突變或過表達對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，CesA9的錯義突變會導致植株矮化和不育［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是開發(fā)利用程度最高，經(jīng)濟規(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，相關報道中僅6個纖維素合成酶基因被克隆［8－9］，而纖維素合成酶在毛竹幼竹生長過程中的功能仍不清楚。本研究利用生物信息學方法找數(shù)據(jù)庫可信度高的纖維素合成酶家族成員16個，利用實時定量聚合酶鏈式反應（qRT-PCR）技術對其中8個纖維素合成酶基因進行時空表達模式分析。結合不同高度不同部位毛竹細胞壁超微結構觀察，預測不同纖維素合成酶成員的功能，以期為毛竹幼竹生長發(fā)育機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

實驗所用材料均于2015年采自浙江省臨安市板橋鎮(zhèn)海拔 50~200m的向陽山坡上正常生長發(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個部分，取各部分的中間部位的材料作為實驗樣品，從上到下分別標記為頂部、中部和基部。地下部分標為根部。將采集的樣品放液氮速凍，－80℃保存。另外一部分樣品，放在體積分數(shù)為2.5%戊二醛固定液中進行固定，4℃保存。

1.2 透射電鏡制片及觀察

取出保存在體積分數(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，固定在體積分數(shù)為1.0%的鋨酸溶液中。用不同體積分數(shù)梯度的乙醇對樣品進行脫水處理，并用環(huán)氧化樹脂包埋。樣品在Leica EM UC7型超薄切片機中切片，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數(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分析

在美國生物技術信息中心（NCBI）數(shù)據(jù)庫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序列。pfam網(wǎng)站上下載Cellulosesynt結構域的種子序列PF03552，利用HMMER2.3.2中hmmsearch的功能搜索毛竹基因組蛋白質序列庫，凡是閾值E?1的均認為是其超家族成員［10］。將所得序列進行比對，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分析，TMHMM（http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）用于蛋白跨膜結構分析，Smart（http://smart.embl-heidelberg.de/）用于蛋白結構域分析。毛竹纖維素合成酶家族基因的蛋白序列經(jīng)ClustalX2全序列比對后用MEGA6構建分子系統(tǒng)樹。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全序列比對后用MEGA6構建系統(tǒng)發(fā)育樹［11］。

1.4 毛竹RNA的提取及qRT-PCR

用TRIZOL法提取毛竹RNA［12］，選擇質量完備的RNA反轉錄成cDNA。cDNA經(jīng)內(nèi)參基因NTB（F：TCTTGTTTGACACCGAAGAGGAG，R:AATAGCTGTCCCTGGAGGAGTTT）和TIP4 1（F：AAAATCATTG TAGGCCATTGTCG，R:ACTAAATTAAGCCAGCGGGAGTG）檢驗后，－20℃保存［13］。選擇合適的定量片段，設計定量引物（表1）。以保存的cDNA為模板，擴增出的片段經(jīng)膠回收，連接到T-Vector pMD19（Simple）（購自Takara公司），測序驗證正確后，進行qRT-PCR實驗，并用2-△△Ct的方法分析實驗結果［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 結果與分析

2.1 毛竹幼竹莖稈細胞壁超微結構的觀察

實驗觀察了5個高度毛竹的基部及H4時頂部、中部和根部的韌皮部細胞的超微結構。從細胞結構來看，在毛竹發(fā)育初期，細胞內(nèi)含物較豐富，后期細胞內(nèi)含物開始減少，逐漸變空（圖1，圖2）。這可能是早期細胞結構未發(fā)育成熟，仍具有分裂分化的能力。韌皮部的功能主要是運輸有機營養(yǎng)物質，隨著韌皮部結構的成熟，細胞變成與其功能相適應的穩(wěn)定結構。從細胞壁結構來看，H1，H2基部皆有一層初生壁結構，H3基部次生壁開始出現(xiàn)，但不明顯，H4和H5的基部的次生壁較明顯，且H5比H4時的次生壁厚。這表明竹筍基部韌皮部的細胞壁結構層次隨高度的增加逐漸增加。H4時，中部和基部有次生壁結構，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分析

利用HMMER 2.3.2中hmmsearch的搜索功能，得到48條靶標序列，NCBI中找到13條靶標序列。將所得61序列進行比對，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內(nèi)含子的基因序列后，共獲得16條纖維素合成酶CesA基因。跨膜預測表明：纖維素合成酶一般有6~8個跨膜區(qū)，分子量在110 kD左右，等電點在7.0左右（表2）。結構域分析表明：毛竹纖維素合成酶都含有cellulose_synt結構域，N端大多有鋅（Zn）指結構（圖3）。用MEGA 6.0對毛竹纖維素合成酶家族基因蛋白質序列數(shù)據(jù)集進行驗證，數(shù)據(jù)集的平均距離為0.568，適合構建NJ（neighbor joining）樹，選擇貝葉斯數(shù)最低的JTT（Jones-Taylor-Thornton）模型，步長值設為1 000。分子系統(tǒng)進化樹表明：纖維素合成酶家族成員相似性高，遺傳距離近。從拓撲分支來看，纖維素合成酶家族基因有3種聚類情況，PeCesA9和PeCesA12占有1個分支；PeCesA2，PeCesA8，PeCesA14，PeCesA16分別占有1個分支；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胞超微結構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模型構建系統(tǒng)發(fā)育樹。系統(tǒng)發(fā)育樹顯示：這些纖維素合成酶被分為6個亞類（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，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，且在基因進化過程中，毛竹和水稻的纖維素合成酶的蛋白質序列同源性高（圖4）。

2.3 毛竹纖維素合成酶基因的時空表達

圖2 H4時毛竹不同部位韌皮部細胞超微結構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)進化樹及結構域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

實驗選擇8個毛竹纖維素合成酶基因在5個高度20個部位進行時空表達分析。在H1時，PeCesA1，PeCesA2，PeCesA6在頂部表達最顯著，PeCesA9在基部表達最顯著，PeCesA4在根部表達最顯著，在各個部位都表達的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA6和PeCesA13。在H2時，所有基因在根部表達都最顯著；除PeCesA4，其他基因在基部的表達都次顯著，在所有部位都表達的基因有PeCesA3，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA13。在H3時，所有的基因在基部的表達都最顯著，根部的表達都次顯著，在所有部位都表達的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA13。在H4時，中部表達最顯著的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA5，基部表達最顯著的基因有PeCesA4，PeCesA6，PeCesA9，PeCesA13，所有的基因根部的表達都次顯著，各個部位都表達的基因有PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA6和PeCesA13。在H5時，PeCesA4，PeCesA9在頂部的表達最顯著，PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3和PeCesA5在中部的表達最顯著，PeCesA6在根部的表達最顯著，PeCesA1，PeCesA2和PeCesA6在頂部的表達次顯著，PeCesA3，PeCesA5和PeCesA4在中部表達次顯著，PeCesA3，PeCesA5，PeCesA6和PeCesA9在各個部位都表達。從結果可以得出，PeCesA4在毛竹生長初期僅在根部和基部表達，隨著高度的增加，中部和頂部的表達量升高，根部和基部的表達量降低。除H2時毛竹的基部PeCesA9表達量顯著，PeCesA4無表達，其他情況下PeCesA9和PeCesA4的表達模式一致。PeCesA6的表達情況和PeCesA4相反，PeCesA6在毛竹生長初期在頂部表達最顯著，隨著高度的增加，慢慢在基部和根部的表達量增加，頂部的表達降低。另外，PeCesA1和PeCesA2的表達模式則基本一致，2個基因在各個時期各個部位都有表達，H1時在頂部表達顯著，H4時在中部表達顯著，H3和H5時在基部表達顯著，H2時在根部表達顯著。PeCesA3和PeCesA5的表達模式基本一致，2個基因在各個時期各個部位都有表達，隨著高度的增加，表達顯著部位從根部變成中部和基部。H4之前，PeCesA13在生長初期表達最顯著部位是根部，后在中部基部表達最顯著，到H5時，表達情況又恢復到初始情況。在毛竹生長發(fā)育過程中，根部和基部表達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的（圖5）。

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

3 討論

毛竹筍剛出土時，每天僅長高幾厘米，以后逐漸加快，每天長高幾十厘米，高峰期一晝夜可長高1.0m以上。這種獨特的生長特性，使它在幼筍出土長成幼竹的短短幾個月內(nèi)即完成稈形生長。為探究毛竹纖維素合成酶基因在毛竹幼竹生長過程的表達模式和功能，本研究選取5個高度的毛竹作為研究對象。0.1 m和0.3 m時為毛竹生長初期，1.3 m為毛竹上升期，6.0 m左右為毛竹盛期，14.0 m時毛竹開始抽枝展葉，為末期［15－17］。細胞壁按形成先后，分為初生壁和次生壁［18］。毛竹韌皮部細胞超微結構觀察表明，一般生長期的毛竹基部韌皮部細胞可觀察到次生壁出現(xiàn)，爆發(fā)式生長期的毛竹中部和基部韌皮部細胞有次生壁結構，頂部和根部韌皮部細胞未觀察到次生壁結構，成竹期毛竹基部韌皮部細胞的次生壁比爆發(fā)式生長期厚。這與劉波等［19］研究發(fā)現(xiàn)不同類型的細胞出現(xiàn)壁層的時間和層數(shù)不同，纖維、基本薄壁組織細胞和導管細胞壁層數(shù)在發(fā)育過程中不斷增加有一定的吻合。研究表明：纖維素是構成毛竹細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75%［20］。在毛竹幼齡期，纖維素含量隨著高度和時間的增加而升高，成竹后隨著年齡的增加而降低的趨勢［21－23］。而在毛竹幼竹生長發(fā)育中次生壁形成的部位，最顯著表達的基因有 PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4，PeCesA5，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13，在僅有初生壁結構的部位最顯著表達的基因有PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13。因此推測PeCesA1，PeCesA2，PeCesA3，PeCesA4和PeCesA5基因主要參與毛竹次生壁的合成，PeCesA6，PeCesA9和PeCesA13對初生壁和次生壁的形成都起到一定作用。另外，在毛竹生長發(fā)育過程中，根部和基部表達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數(shù)最多且表達量最顯著。針對這一現(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，中部和頂部要順次晚一些［16］。

系統(tǒng)進化分析表明：毛竹與水稻的親緣關系較近，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［5］，OsCesA4參與次生壁的合成［6］。本研究中預測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［7］。本研究中預測PeCesA6和PeCesA9功能都對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8個纖維素合成酶基因表達模式歸納發(fā)現(xiàn)：PeCesA1和PeCesA2的表達模式相同；PeCesA3和PeCesA5的表達模式相同；PeCesA4和PeCesA6表達模式相反；除生長初期毛竹的基部PeCesA9表達量顯著，PeCesA4無表達，其他情況下PeCesA9和PeCesA4的表達模式一致。猜測，在發(fā)揮功能時，PeCESA1和PeCESA2蛋白可能會形成二聚體，PeCESA3和PeCESA5蛋白可能會形成二聚體［24-25］。PeCesA4和PeCesA9蛋白根據(jù)功能選擇是否形成二聚體，PeCESA4和PeCESA6蛋白參與的過程可能不同。本研究實驗證據(jù)不足，這些纖維素合成酶以怎樣的聚合形式執(zhí)行怎樣的過程以及發(fā)揮何種功能仍不清楚。

［1］ FESTUCCI-BUSELLIR A,OTONIW C,JOSHIC P.Structure,organization,and functions of cellulose synthase complexes in higher plants［J］.Braz JPlant Physiol,2007,19（1）:1－13.

［2］ MUTWIL M,DEBOLT S,PERSSON S.Cellulose synthesis:a complex complex［J］.Curr Opin Plant Biol,2008,11（3）:252－257.

［3］ ENDLER A,PERSSON S.Cellulose synthases and synthesis in Arabidopsis［J］.Mol Plant,2011,4（2）:199－211.

［4］ 公維麗,王祿山,張懷強.植物細胞壁多糖合成酶系及真菌降解酶系［J］.生物技術通報,2015,31（4）:149－165.

GONGWeili,WANG Lushan,ZHANG Huaiqiang.Diverse synthetases and fungi degradation enzymes for the polysaccharides of plant cellwalls［J］.Biotechnol Bull,2015,31（4）:149－165.

［5］ CARROLL A,MANSOORIN,LIShundai,et al.Complexeswithmixed primary and secondary cellulose synthases are functional in Arabidopsis plants［J］.Plant Physiol,2012,160（2）:726－737.

［6］ YAN Changjie,YAN Song,ZENG Xiuhong,et al.Finemapping and isolation of Bc7 （t）,allelic to OsCesA4［J］.J Genet Genom,2007,34（11）:1019－1027.

［7］ WANG Daofeng,YUAN Shoujiang,YIN Liang,etal.A missensemutation in the transmembrane domain of CESA9 affects cellwall biosynthesis and plant growth in rice［J］.Plant Sci,2012,196（11）:117－124.

［8］ 張智俊,楊洋,何沙娥,等.毛竹纖維素合成酶基因PeCesA的克隆及組織表達譜分析［J］.園藝學報,2010,37（9）:1485－1492.

ZHANG Zhijun，YANG Yang，HE Sha’e，et al.Cloning and expression characterization of the cellulose synthase gene（PeCesA）from moso bamboo（Phyllostachys edulis）shoot［J］.Acta Hortic Sin,2010,37（9）:1485－1492.

［9］ 袁麗釵.毛竹纖維素生物合成相關基因研究［D］.北京：中國林業(yè)科學研究院,2009.

YUAN Lichai.Study on the Gene Involved in the Cellulose Biosynthesis of Moso Bamboo（Phyllostachys edulis）［D］. Beijing:Chinese Academy of Forestry,2009.

［10］ FINN R D,CLEMENTS J,EDDY SR.HMMER web server:interactive sequence similarity searching［J］.Nucl Acid Res,2011,39（8）:29－37.

［11］ TAMURA K,STECHER G,PETERSON D,et al.MEGA6:molecular evolutionary genetics analysis version 6.0［J］. Mol Biol Evol,2013,30（12）:2725－2729.

［12］ SIMMSD,CIZDZIEL P E,CHOMCZYNSKIP.TRIzol:a new reagent for optimal single-step isolation of RNA［J］. Focus,1993,15（4）:532－535.

［13］ FAN Chunjie,MA Jinmin,GUO Qirong,et al.Selection of reference genes for quantitative real-time PCR in bamboo（Phyllostachys edulis）［J］.PLoSOne,2013,8（2）:e56573.doi:10.1371/journal.pone.0056573.

［14］ SCHEFE JH,LEHMANN K E,BUSCHMANN IR,et al.Quantitative real-time RT-PCR data analysis:current concepts and the novel“gene expression’s C T difference” formula［J］.JMol Med,2006,84（11）:901－910.

［15］ PENG Zhenhua,ZHANG Chunling,ZHANG Ying,et al.Transcriptome sequencing and analysis of the fast growing shootsofmosobamboo（Phyllostachysedulis）［J］.PLoSOne,2013,8（11）:e78944.doi:10.1371/journal.pone.0078944.

［16］ 崔凱,何彩云,張建國,等.毛竹莖稈組織速生的時空發(fā)育特征［J］.林業(yè)科學研究,2012,25（4）:425－431.

CUIKai,HE Caiyun,ZHANG Jianguo,et al.Characteristics of temporal and spatial tissue development during rapidly growing stage ofmoso bamboo culms［J］.For Res,2012,25（4）:425－431.

［17］ 方偉,桂仁意,林新春,等.中國經(jīng)濟竹類［M］.北京：科學出版社,2015:62.

［18］ 吳慶余.基礎生命科學［M］.北京：高等教育出版社,2002:62－68.

［19］ 劉波.毛竹發(fā)育過程中細胞壁形成的研究［D］.北京：中國林業(yè)科學研究院,2008.

LIU Bo.Formation of CellWall in Developmental Culms of Phyllostachys pubescens［D］.Beijing:Chinese Academy of Forestry,2008.

［20］ 張世源.竹纖維及其產(chǎn)品加工技術［M］.北京：中國紡織出版社,2008.

［21］ 胡錚瑢.6月和12月竹齡毛竹竹竿半纖維素的分離及熱穩(wěn)定性研究［D］.南昌：南昌大學,2011.

HU Zhengrong.Study on Separation and Thermal Stability of Hemicellulose from Bamboo Stems Aged Six Months and Twelve Months［D］.Nanchang:Nanchang University,2011.

［22］ 周斌雄.基于近紅外及拉曼光譜技術的毛竹化學成分和細胞結構研究［D］.杭州：浙江大學,2015.

ZHOU Binxiong.Revealing the Cell Structure and Chemical Formation of Bamboo with Near-infrared and Confocal Raman Microscopy［D］.Hangzhou:Zhejiang University,2015.

［23］ 李權,林金國,劉主凰,等.福建主要竹材纖維化學性質的差異分析［J］.竹子研究匯刊,2014,33（2）:5－10.

LIQuan,LIN Jinguo,LIU Zhuhuang,et al.The difference in fiber properties ofmajor bamboo species in Fu jian Province［J］.JBam Res,2014,33（2）:5－10.

［24］ KUMAR M,TURNER S.Plant cellulose synthesis:CESA proteins crossing kingdoms［J］.Phytochemistry,2015,112（1）:91－99.

［25］ SETHAPHONG L,HAIGLER C H,KUBICKI JD,et al.Tertiary model of a plant cellulose synthase［J］.Proc Nat Acad Sci,2013,110（18）:7512－7517.

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

國家自然科學基金資助項目（31570686）；浙江農(nóng)林大學人才啟動基金資助項目（2012FR079）

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