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纤维素是植物细胞壁最主要的组分，由位于细胞膜上的纤维素合酶复合体（Cellulose Synthase Complexs，CSCs）合成。纤维素合酶(Cellulose Synthase，CESA)是此复合体中最主要的组分。目前认为CSCs是在内质网及高尔基体上组装，然后通过一系列的膜泡转运运输到细胞膜上。细胞膜上的CESAs在微管的介导下以一定的速率做有规则的双向运动，进而合成纤维素。然而已揭示的参与其中的关键基因还极其有限。我们实验室之前报道了水稻（Oryza Sativa）脆秆控制基因BrittleCulm3（BC3）和Brittle Culm12(BC12)，它们分别编码了动力蛋白DRP2B（Dynamin-related Protein2B）和马达蛋白KIF4(Kinesin superfamily protein4)，均参与了水稻次生壁纤维素的生物合成过程，但具体机理有待进一步研究。本文通过对BC3和BC12的生化和生物学功能研究，进一步揭示它们参与CSC转运及调控纤维素生物合成的分子机制。 本研究首先围绕BC3是否参与初生壁纤维素的生物合成开展了研究。对BC3的表达谱分析发现，该基因可在多个器官和发育阶段表达。进一步利用激光显微切割技术，分离幼嫩茎秆中的薄壁和厚壁细胞，定量PCR分析表明BC3基因在两种细胞类型中均表达，说明BC3不仅在次生壁合成部位表达，而且在初生壁合成的组织也表达旺盛。为了进一步分析BC3基因的细胞表达特异性，我们通过GUS活性染色发现BC3在初生壁合成旺盛的根尖表达，暗示可能与有丝分裂有关。在有丝分裂末期的细胞板形成过程中，需要大量的囊泡运输和细胞壁相关多糖和胼胝质等沉积。而BC3基因编码动力蛋白DRP2B，这类蛋白常在囊泡运输和细胞壁形成过程中发挥作用。这促使我们对BC3是否参与细胞板的形成进行了研究。将BC3融合GFP的载体转化烟草BY-2悬浮细胞系，观察到BC3可定位于细胞板上。透射电镜观察发现bc3幼根中细胞板有不正常的囊泡聚集，且bc3幼根生长发育迟缓，纤维素含量下降。bc3突变体还对纤维素合成抑制剂DCB(2，4-dichlotobenzonitrile)具有一定的耐受性，表明BC3对幼根的发育、即初生壁的形成也极为关键。有研究表明DRP1家族成员也定位在细胞板并在其形成过程中发挥作用。水稻中有五个DRP1家族成员。通过共定位、荧光素酶互补和免疫共沉淀实验发现，BC3可与DRP1C和DRP1D互作。遗传学研究分析表明，drp1d突变体在苗期表现出与bc3类似的表型，对DCB具有一定的耐受性，而且幼根生长发育迟缓，纤维素含量下降。因此BC3与DRP1C、DRP1D互作形成多聚体，共同参与了初生壁纤维素的生物合成。 为了揭示BC3参与纤维素合成的具体机制，首先我们制备了bc3 bc11双突变体材料，其表型与bc11（CESA4的错义突变体）相似，说明BC3可能位于CESA基因的上游。随后我们开展了一系列的蛋白-蛋白互作实验，荧光素酶互补及免疫共沉淀实验发现BC3可与CESA4互作，并与次生壁的CESA4、7、9形成一个大的蛋白复合体。同时BC3也能与初生壁的CESA1、3、8互作并形成蛋白复合体。表明BC3既可参与次生壁纤维素合成也可调控初生壁纤维素合成，这与bc3突变体具有两方面缺陷表型相符。为了从BC3的生化本质上揭示其参与纤维素合成的机制，通过制备BC3融合GFP的转基因烟草BY-2悬浮细胞，观察发现BC3参与细胞板四周活跃的囊泡运输。共定位分析发现BC3可与CESA4在胞质内和质膜上小泡共定位，暗示CESA很可能是BC3运输的货物之一。因此，我们还制备了融合不同荧光蛋白的BC3和CESA8转基因BY-2细胞系，拟通过研究它们在细胞板形成过程中的细胞行为，阐明其互作的效应与作用。 为了挖掘更多的BC3互作蛋白，我们利用免疫共沉淀和质谱手段，发现了微管蛋白Tubulin，暗示BC3所介导的囊泡转运可能依赖于微管。而BC12基因编码马达蛋白KIF4，沿微管运动具有“货车”的功能。其突变体也具有纤维素合成缺陷的表型，暗示BC3和BC12可能位于同一途径。通过荧光素酶互作实验发现BC3和BC12之间具有相互作用，BC12与CESA4也存在相互作用，而且互作发生在CESA4的氨基酸（N端）和羧基端（C端）。BC12与皮层微管共定位，并与质膜上或质膜附近的CESA4小泡共定位，暗示BC12参与了CSC向质膜的转运或微管所介导的双向运动。接下来我们将进一步利用细胞学、遗传学等手段研究BC3、BC12与CESA蛋白三者的关系及所参与纤维素合成的生理过程。 通过对BC3、BC12参与CSC转运及调控纤维素合成分子机制的研究，使我们对水稻中CSC的转运机制有了更深入的了解，为解析纤维素的合成机制积累了重要的数据。