近年来,半纤维合成相关基因成为研究热点。GUX和ESK影响木聚糖的侧链合成,研究GUX和ESK在植物体内的功能为进一步了解植物细胞壁的合成起着巨大的推进作用。近年CRISPR/Cas9系统植物的基因组定点修饰领域带来巨大变革,在拟南芥、水稻等植物的內源性基因的靶向敲除运用日趋成熟。本研究以水稻水稻基因GUX和ESK家族基因为研究对象,利用生物信息学对其进化、性质、结构做了初步分析;利用优化过CRISPR/Cas9系统构建多个基因的靶向敲除载体、遗传转化和转基因植株,为了该系统应用打下良好的基础。1、利用生物进化树分析GUX家族基因。其中低等植物水生团藻里面有1个GUX,单子叶植物水稻里面有3个GUX,拟南芥内有5个编码GUX,桉树里有10个,巨桉里发现13个GUX,并有从低等植物到高等植物进化过程中,GUX同源基因增加,从简单到复杂多样趋势。2、对水稻中的GUX家族基因基本性质、基因的结构分析。GUX1,GUX3是跨膜蛋白,根据跨膜区结构预测,跨膜区内氨基酸序列依次是:1~52,1~27;而GUX2不存在跨膜区。在GUX基因家族氨基酸分析中,GUX1,GUX2,GUX3之间有差异。3、利用生物进化树分析ESK家族基因。其中低等植物水生团藻里面有1个,水稻里面有3个,拟南芥内有6个,杨树15个,巨桉里13个,并有从低等植物到高等植物进化过程中,ESK同源基因增加,从简单到复杂多样趋势。4、根据分析ESK1~3氨基酸序列,其中ESK2是跨膜蛋白,根据跨膜区结构预测,跨膜区内氨基酸序列依次是:1~20;而ESK1和ESK3和不存在跨膜区。在ESK2基因家族氨基酸分析中,ESK1,ESK2,ESK3之间有差异。5、通过荧光定量PCR分析不同组织中的表达量。不同组织的表达量:茎>根>叶>幼苗。6、利用CRISPR/Cas9系统构建水稻三靶点载体。通过对所用Cas9蛋白载体进行优化成功构建水稻多靶位点载体,通过GUX转基因水稻的常规PCR检测,获得11株水稻阳性苗,阳性率为100%。ESK转基因水稻的常规PCR检测,获得2株。获得的转基因植株不是很多。