棉花UGPase 基因鉴定与生物信息学分析

张岚，程琦，梁士辰，邓雨潇，潘玉欣

（华北理工大学生命科学学院，河北 唐山 063210）

尿苷二磷酸葡萄糖 （Uridine diphosphate glucose,UDPG）作为反应底物和产物，参与蔗糖、纤维素、糖蛋白、糖脂和碳水化合物等合成代谢过程[1]。 UDP- 葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucose pyrophosphorylase, UGPase）可逆催化葡萄糖-1-磷酸与尿苷三磷酸（Uridine triphosphate）反应形成UDPG 和焦磷酸。 在葡萄糖合成糖原过程中，UGPase 催化葡萄糖-1- 磷酸与UTP 分子合成为UDPG； 在糖原分解过程中，UGPase 催化UDPG转化为葡萄糖-1-磷酸。

到目前为止，UGPase已经在多种植物中被鉴定，如水稻[2]、黄芪[3]、大麦[4]、马铃薯[5]、香蕉[6]和陆地棉[7]等。植物通常含有UGPase-A 和UGPase-B两类蛋白。UGPase-B 蛋白与UGPase-A 没有同源性，但具有相同的催化功能[8]。 在大麦叶片、胚胎和胚乳中仅发现1 种类型的UGPase 蛋白[4]，马铃薯中UGPase等位基因多态性导致cDNA 序列的微小差异[9]，在拟南芥、水稻和杨树中均发现有2个高度同源的UGPase-A 基因[1,10]； 在莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii） 和拟南芥中发现了与UGPase-A 基因具有相同催化功能的UGPase-B基因[11-12]。

棉花是世界上重要的纤维作物。 已有的研究表明UGPase基因参与纤维素的合成。 在拟南芥中过表达陆地棉（Gossypium hirsutum）GhUGP基因，可导致转基因拟南芥的可溶性糖、淀粉和纤维素含量增加[7]。 在黄麻中过表达CcUGPase基因， 转基因植物的株高和纤维素含量都有所增加，但木质素含量没有变化[13]。棉花基因组在一亿三千万年前经历了双子叶植物共同祖先物种的1次全基因组三倍化事件，而后棉花物种又发生了独立的全基因组五倍化事件[14-15]。 这种全基因组水平上的加倍事件增加了基因的多样性。 而在棉花全基因组水平研究UGPase基因家族成员基因结构、进化特征、组织表达等未见报道。……