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果胶(pectin)是一类在高等植物细胞壁中广泛存在的结构复杂的多糖类物质。在植物细胞形状发生剧烈的变动时,果胶的网络会发生系统性的解散,因此果胶的降解在植物许多生长和发育过程中都扮演着重要角色。由于果胶具有复杂的化学组成和空间结构,需要水解酶、裂解酶和酯酶等多种酶参与其降解过程。果胶酸裂解酶(pectatelyases)通过β消除的机制催化去酯化果胶的切割,PLL(pectate lyase-like)基因广泛的存在于花粉、成熟的果实、雌蕊、管状分子、乳胶、纤维等多种植物组织。聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)能够催化果胶中1,4-α-D糖苷键随机的水解或解聚。到目前为止,PLL基因和PG基因的功能在许多植物中都有报道,它们主要参与了果实成熟、花粉发育及花粉管伸长、细胞分化和分离等过程,但它们在水稻中的功能研究较少。因此,本研究对水稻PLL和PG基因家族进行了全基因组范围的鉴定及详细的生物信息学及系统进化分析。此外,我们还利用人工miRNA技术对OsPLL3和OsPLL4这两个基因进行了沉默。本研究的主要研究结果如下:1、在水稻基因组中鉴定了 12个PLL基因,用水稻以及其他几种植物的PLL蛋白进行系统进化分析,结果表明PLL基因在陆生植物中保守并可被分成五个分支。组织表达分析结果表明水稻中8个PLL基因都不能被检测到,说明该基因家族可能在进化过程中发生了大量的假基因化。此外,研究结果表明OsPLL1、OsPLL3、OsPLL4、OsPLL12这四个基因在幼苗发育和幼穗发育过程中大量表达,其中OsPLL3和OsPLL4在幼穗发育过程中表现出逐渐增高的表达模式。2、本研究设计并构建了人工miRNA表达载体对OsPLL3和OsPLL4进行沉默,以根癌农杆菌EHA105作为介导菌株侵染水稻品种日本晴的愈伤组织,经筛选后成功获得转基因阳性植株。利用实时定量PCR检测转基因株系中靶基因的表达量变化,结果表明在RNAi-OsPLL3株系中,OsPLL3的表达下降了 90%以上;在RNAi-OsLL4株系中,OsPLL4的表达在0.33到0.48之间。对花粉进行碘-碘化钾染色,结果表明转基因株系中的一部分花粉表现出不规则和萎缩的形状,花药横切的石蜡切片结果表明在花药发育的第13个时期,转基因植株中的一些花粉粒因降解而呈现出碎片状,表明OsPLL3和OsPLL4的沉默影响了花粉的成熟过程从而导致部分花粉败育。3、水稻PG基因家族共包含44个成员,本研究的分析结果表明分别有19个和10个PG基因与串联重复和片段重复有关,说明这两者都参与了该基因家族的扩张。通过水稻与拟南芥的共线性分析,发现了 3对共线性的PG基因,表明它们存在于单子叶植物和双子叶植物分歧前共同的祖先中。本研究构建的系统进化树可被分为七个分支,同一个分支内的成员具有较为保守的基因结构和基序组成。PG基因的启动子区域存在大量响应植物激素和胁迫的顺式作用元件。通过基因芯片数据的分析,发现分支E中的PG基因呈组成型表达,此外还发现一些在幼穗中特异表达的PG基因。