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木质素是仅次于纤维素的第二大陆生聚合物，在植物体内含量约为15％～35％，可以增强植物体的机械强度，提高细胞运输能力，因此陆生植物木质素合成是适应陆生环境的重要进化特征之一。然而，饲料中的木质素影响牲畜的消化吸收，并且木质素是造纸污染的主要来源，因此有目的的降低木质素含量或改变其组分，在饲草的生产和造纸等方面具有重要的应用价值。近年来，木质素合成途径中主要酶的基因已经被克隆出来，利用现代生物技术调节植物木质素的生物合成不仅有利于阐明木质素合成的分子机理，而且可以有效地利用植物资源。 4-香豆酰-CoA连接酶(4CL)是调控木质素生物合成途径的的调控酶。研究发现，调节此酶的含量可以有效的调节木质素的含量，因此研究4CL酶学特性及基因功能可以为基因工程改良维管植物提供理论基础。 为了探讨4CL基因在木质素生物合成中的作用及其在基因工程育种中的应用前景，本文首先对克隆自杨树的Ptd4CL1和Ptd4CL4基因进行相关的生物信息学分析，并以烟草(NC89)和741毛白杨为实验材料，将4CL1、4CL4基因进行农杆菌介导的烟草和毛白杨遗传转化，获得转基因植株，测定分析这两个基因的过量表达对转基因植株表型性状所产生的影响，以及酶活性、酚酸含量与木质素含量等的变化。主要结果如下: (1)Blastn序列分析表明，4CL1基因与AC211731.1(E:0.0)、XM002338702.1(E:0.0)、D49366.1(E:2e-113)、EZ339134.1(E:4e-75)和EZ369686.1(E:6e-73)的相似性分别为93％、89％、96％、74％和79％；4CL4基因与 XM002329613.1(E:0.0)、AF008184.1(E:0.0)、AF008183.1(E:0.0)、XM002533140.1(E:0.0)、XM002335362.1(E:0.0)、GU949552、XM002335188。1(E:2e-83)和DQ124216.1(E:2e-78)的相似性分别为97％、97％、88％、80％、98％、79％、95％和76％。 (2)利用相关软件对所克隆的4CL基因进行蛋白质结构分析及初步的功能预测。结果表明，4CL1蛋白的相对分子质量为58。53 KD，理论等电点pI值为5.67。二级结构分析表明该蛋白中α螺旋占28。73％，β折叠占52.05％，无规卷曲占19.22％。对该蛋白进行跨膜分析，结果表明该蛋白无跨膜螺旋区，不是膜蛋白。此外对其进行分析未发现信号肽，初步断定其不是分泌型蛋白.4CL4蛋白的相对分子质量为61.14 KD，理论等电点pI值为5.67。二级结构分析表明该蛋白中α螺旋占30.4％，β折叠占52.72％，无规卷曲占18。88％。对该蛋白进行跨膜分析，结果表明该蛋白有跨膜螺旋区，属膜蛋白。因在其结构中未发现信号肽，故4CL4也不是分泌型蛋白。 (3)以转基因烟草叶片基因组DNA为模板，以4CL的特异引物经PCR反应，能扩增出特异DNA片段，而野生型植株未扩增出特异条带，说明4CL1、4CL4基因片段可能已导入烟草基因组中。Southern杂交分析进一步证明重组载体基因已整合到烟草基因组DNA中，同时还成功获得了转4CL4的杨树抗性苗。 (4)以生长6周的转4CL1和4CL4基因烟草植株及野生型对照为实验材料，以4-香豆酸为底物，测定不同部位的4CL酶活性。结果表明，转基因烟草茎韧皮部和茎木质部中的酶活性均有不同程度的增加，叶中几乎测不到酶活性。对转化植株茎木质部和叶中酚酸含量进行测定，结果表明，转基因植株茎木质部中4-香豆酸、阿魏酸、芥子酸的含量明显高于对照植株，叶中4-香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸和肉桂酸含量均较野生型对照显著增加。 (5)以生长6周的转4CL1和4CL4基因烟草植株及野生型对照为材料，测定不同部位的木质素含量，发现转基因烟草茎木质部、茎韧皮部和根中的木质素含量均有提高，尤以根中的木质素增加显著。