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微管(microtubule,MT)是由α与β微管蛋白异质二聚体通过非共价键形成的管状结构。在植物的生理活动中,微管通过微管结合蛋白(microtubule-associated proteins,MAPs)调节自身的动态变化和不同细胞时期的列阵,以维持细胞形态与结构、参与胞质流动、调节细胞有丝分裂、控制细胞极性生长、细胞壁构建、细胞分化调控、信号转导等,因此微管蛋白家族和微管结合蛋白家族的研究一直受到广泛的关注。本研究以旱柳及其变种龙爪柳为试验材料,针对α与β微管蛋白家族的基因结构及其表达模式、结合蛋白SPR1家族的表达模式及其可能的功能开展了初步研究,取得的主要结果如下:(1)克隆鉴定了旱柳和龙爪柳的α与β微管蛋白基因,并对其进行了序列相似性、系统发育、染色体定位以及表达模式的分析。结果显示,两种柳树各有8个α微管蛋白基因和20个β微管蛋白基因。(2)柳树种内α微管蛋白两两基因间核苷酸和氨基酸序列相似性分别在78.3%和88.4%以上,种间α微管蛋白氨基酸序列相似性在88.2%以上,而两种柳树与毛果杨、钻天柳、簸箕柳、拟南芥、玉米、水稻、高粱二穗短柄草和狗尾草等其它植物间的α微管蛋白氨基酸序列相似性在85.1%以上。半数α微管蛋白都包含一个C末端甲硫氨酸、亮氨酸、谷氨酸或谷氨酰胺,而不是典型的酪氨酸。系统发育表明,α微管蛋白分为两类,说明这些基因可能起源于不同的祖先。C末端为Y型的TUA1基因在柳树一年生枝条基部、中段、伸长区和茎尖中高度表达,推测它们可能参与木质部的发育过程。(3)两种柳树β微管蛋白家族内部成员间核酸和氨基酸序列相似性分别在74%和86.6%以上,种间同源蛋白氨基酸序列相似性在85.8%以上,柳树与其它植物β微管蛋白间的氨基酸序列相似性在81.5%以上。系统发育显示,柳树β微管蛋白家族被分为4个亚组,结合杨树β微管蛋白基因染色体定位,推测柳树β微管蛋白基因家族经历了杨柳科全基因组重复事件和串联重复事件,而柳树TUB11和TUB12可能来源于区段重复或者转座。基因表达模式分析发现,该家族成员的表达具有一定的组织特异性,并且部分重复基因对在所检测组织中表达差异较大。柳树微管蛋白基因家族成员序列的高度相似性、成员数量的进化扩张、以及表达模式的多样性可能赋予了细胞分裂与生长更高的灵活性,这对多年生木本植物的生长发育习性的可塑性可能具有重要意义。(4)共克隆获得旱柳与龙爪柳微管结合蛋白SPR1基因各6个。序列相似性分析发现,两种柳树的SPR1直系同源蛋白氨基酸序列完全一致,6个成员的氨基酸序列C端和N端比较保守,中间连接区域为高变区。系统发育分析显示,植物SPR1基因分为两大类,SmSPR1基因在2个分类中都有分布。RT-PCR发现,6个基因中只有SP1L1与SP1L2表达,特别是SP1L1,该基因在柳树一年生枝条伸长区和中部表达量均比较高,基部和顶端次之。PSPR1+GUS转基因烟草GUS组织化学分析显示,柳树SPR1启动子在烟草根伸长区、茎木质部与形成层中能够启动GUS基因的表达。研究发现,超表达SmSP1L1、SmSP1L4和SmSP1L5基因使拟南芥幼苗子叶发生了逆时针扭曲生长现象,并导致果荚长度缩短,籽粒数减少。对转基因拟南芥黄化苗下胚轴细胞进行微管的免疫荧光标记,发现微管排列方向发生了不同程度的倾斜,这些结果表明柳树SPR1基因主要在伸长生长较快的细胞中表达,可能具有调节植物微管延伸方向的功能。