玉米逆境胁迫响应基因ZmbZIP84的克隆与功能验证

碱性亮氨酸拉链(Basic leucine zipper,bZIP)转录因子是真核生物中分布最广泛、结构极其保守的家族之一,在植物生长进程中发挥重要作用。为验证bZIP转录因子在逆境胁迫中发挥的作用,本研究通过分析转录组数据,筛选到27个参与干旱-复水胁迫的bZIP基因,计算相关性系数、构建共表达网络图发现ZmbZIP84(Zm00001d053988)是核心节点基因;该基因位于玉米第4号染色体,具有高度保守的bZIP结构域;分析理化性质,发现该基因是亲水性蛋白且属于不稳定蛋白;构建系统发育树,发现该基因与柳枝稷和高粱的亲缘关系最近;实时荧光定量PCR(qRT-PCR)结果显示,ZmbZIP84在玉米各组织中均有表达,成熟根中的表达量最高;设置20%聚乙二醇(PEG)-6000、42℃高温、200 mmol·L^-1 NaCl以及缺乏铵态氮等模拟试验,发现该基因在高温、干旱、氮处理下表达量显著上调,而在NaCl处理下表达量下调,说明ZmbZIP84基因积极参与并响应非生物胁迫;利用CRISPR/Cas9技术获得ZmbZIP84基因的拟南芥同源基因缺失型纯合突变体,发...     

植物抗逆反应中的转录因子网络研究进展

植物生长发育过程中会经历各种生物及非生物胁迫,转录因子所介导的基因表达调控网络在植物抵御各种胁迫反应中起着重要的作用.目前已鉴定的与植物抗胁迫有关的转录因子及家族主要有碱性域亮氨酸拉链(basic-domain leucine-zipper,bZIP)、禽成髓细胞瘤病毒致癌基因同源物类(v-myb avian myeloblastosis viral oncogene homolog,MYB)、乙烯应答元件组合蛋白/因子(APELATA2/ethylene-responsive element binding proteins/factors,AP2/EREBP)、WRKY和NAC等.这些转录因子与特定的顺式作用元件结合组成调控网络,特异地调控植物胁迫反应中各种相关抗性功能基因的表达,提高植物对环境胁迫的适应能力.     

小麦耐热相关转录因子基因TabZIP28的分离及功能分析

碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是植物中广泛存在的一类转录因子,参与多种胁迫响应与生长发育过程.本研究从小麦(Triticum aestivum)中克隆到一个热胁迫诱导的bZIP家族转录因子基因TabZIP28 (GenBank登录号:KT753298.1),ORF长度为1 713 bp,编码570个氨基酸.生物信息学分析结果表明,TabZIP28与拟南芥bZIP家族转录因子中B亚组的3个基因Atb ZIP17、AtbZIP28和AtbZIP49归为一类.氨基酸序列比对结果表明,该蛋白具有bZIP和跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)两个保守结构域以及规范的位点1蛋白酶(site 1 protease,S1P)剪切位点.对该基因起始密码子ATG上游1 699bp的序列进行顺式作用元件分析,发现该基因的启动子区域包含众多激素和逆境胁迫响应元件.通过qRT-PCR对该基因在逆境胁迫下的表达模式进行分析,结果表明,TabZIP28在热胁迫处理1h即上调表达且达到最大值;用20％PEG 6000模拟干旱环境处理小麦幼苗后,TabZIP28在处理6h达到最大值,并在12h时急剧下降;对5mmol/L H2O2处理响应比较缓慢,在处理12h才上调表达;该基因不受到二硫苏糖醇(dithiothreitol,DTT)处理的诱导表达.在拟南芥(Arabidopsis thaliana)中过量表达TabZIP28基因,转基因株系在高温胁迫后的成活率和种子发芽率较野生型明显提高,说明该基因可能对植物的耐热性有贡献,可以作为耐热性育种的候选基因.     

干旱、高盐及低温胁迫下植物生理及转录因子的应答调控

干旱、高盐及低温等非生物胁迫是限制植物生长发育的主要环境因子。这些环境胁迫因子通常导致植物体内生理代谢改变,并参与非生物胁迫调控转录因子的差异表达。植物抵御上述非生物逆境的能力与转录因子调控逆境相关功能基因的表达密不可分。近年来,发掘植物非生物胁迫相关转录因子的功能及揭示转录因子介导植物非生物胁迫响应的调控机制,已成为植物营养分子生物学关注的热点之一。因此,了解植物非生物胁迫下的生理应答及转录因子参与的调控机制,对建立植物适应性改良途径具有重要科学意义。本文从干旱、高盐和低温三方面阐述了非生物胁迫下植物生理生化的适应性变化,概述了MYB、bZIP、AP2/EREBP、WRKY和NAC五类与植物抗逆相关的转录因子的结构与功能特征,着重论述了转录因子介导植物抵御非生物胁迫的分子调控机制。植物遭遇非生物胁迫时,通常表现为生长速率、叶面积和叶片数量下降,蒸腾及光合速率降低。同时,植物体内活性氧逐渐累积,使细胞膜脂过氧化程度加剧,造成细胞损伤。为适应不利环境,在生理上植物表现为体内抗氧化酶活性增强,渗透调节物数量增多;在分子水平上,植物对非生物胁迫适应性的增强,通常与转录因子识别抗逆基因启动子特异性元件及调控逆境防御基因的转录有关。本文对于深入阐明干旱、高盐及低温胁迫下植物生理生化应答与转录因子的分子调控机制提供了全新的科学启示。     

春兰与大花蕙兰杂交种红花呈色机理初探

为探究兰属杂交种红花的呈色机理,选择绿花春兰和黄花大花蕙兰的红花杂交种黄金梅为试验材料,通过小花蕾期和始花期花瓣的转录组测序分析,筛选影响花色的关键结构基因及调节基因,实时荧光定量PCR(qPCR)验证基因的差异表达,分光光度计法检测花瓣色素(类黄酮、叶绿素A、叶绿素B、花青苷)的含量。结果表明,通过测序共获得113 780条单基因(Unigene),其中200~300 bp的Unigene占比42.68%;44 088 个Unigene获得注释信息;与小花蕾期花瓣比较,始花期花瓣上调基因有1 855个,下调基因有2 494 个;差异表达基因(DEGs)被GO数据库注释划分为47个功能组;1 219个DEGs被KEGG数据库注释,涉及166条代谢途径;根据KEGG代谢通路及基因注释结果,筛选出与花色相关的54个关键结构基因和21个转录因子;花青苷合成基因DFR、ANS、3,5GT及转录因子Zm1、Hv1、MYB305表达量在始花期上调, 在NCBI库BLAST同源基因发现黄金梅DFR、ANS、3GT基因与大花蕙兰的基因同源性最高,5,3GT、3,5GT、Zm1基因与蝴蝶兰和石斛兰的基因同源性最高,转录因子Hv1、MYB305与建兰的基因同源性最高。qPCR参试基因表达量变化与转录组测序结果趋势一致。各阶段花瓣总黄酮的含量显著高于类胡萝卜素和叶绿素含量;始花期花瓣中花青苷含量升高。本研究结果为兰属杂交种花色基因的功能分析提供了参考。     

小麦矮秆突变体DC20的转录组分析

为探明小麦矮杆突变体DC20致矮的分子调控机制,以小麦D6-3(WT)及其经高能混合粒子场诱变处理得到的矮秆突变体DC20为试验材料,通过对突变体DC20和WT的转录组分析,挖掘与DC20致矮相关差异表达基因。结果表明,在株高差异起始的孕穗期茎秆中,DC20与WT之间存在2 153个差异表达基因(DEGs),除参与糖代谢、能量代谢、转录调控、转录后修饰和翻译及翻译后修饰途径外,其中有47个差异表达基因显著富集在植物激素GAs的生物合成和IAA的动态平衡调节及信号转导、细胞周期调控以及细胞伸长等相关途径。大部分差异表达基因表现为表达下调,少量抑制因子的表达量上调。内源植物激素检测结果显示,DC20孕穗期茎秆中的IAA、GA₁和GA₃含量均显著低于WT。表明辐射诱变处理产生的变异是通过植物激素GAs与IAA的协同作用,调控细胞周期以及细胞伸长等途径相关基因的下调表达,从而对DC20的株高产生影响,形成矮化表型。本研究结果为更好地运用辐射诱变育种手段进行作物育种以及阐明矮秆突变体形成的分子调控机理研究提供了一定的理论依据。     

基于不同颜色山楂花MYB家族的挖掘与比较分析

为了研究MYB转录因子家族对山楂花色的影响,明确MYB转录因子在花色芽变品种中的表达情况,采用MYB蛋白质理化性质分析、motif结构预测、基因进化树分析以及基因表达量分析等方法对转录组数据进行深度挖掘。结果表明,共筛选出73个MYB转录因子,其中35个1R-MYB成员、36个2R-MYB成员、2个3R-MYB成员。1R-MYB蛋白序列的长度在50~786个氨基酸之间,2R-MYB蛋白序列长度在88~979个氨基酸之间,且仅有3个MYB基因家族蛋白为稳定蛋白。以拟南芥2R-MYB蛋白为参考进行系统进化树分析,19个山楂2R-MYB蛋白被分入14个已有一定研究基础的亚组中;1R-MYB蛋白进行单独分析,被分为6个亚组。通过差异表达分析,发现8个可能调控山楂花色的MYB转录因子。本研究结果为进一步研究影响山楂花色的MYB转录因子提供了一定的参考数据。     

花生中低温胁迫相关转录因子基因的筛选

为了研究花生低温胁迫下的基因表达调控机理,以花生花育19为材料,通过低温处理后芯片杂交实验,筛选花生叶片中低温胁迫响应转录因子基因。结果表明,175个具有转录调控活性的基因在低温胁迫的花生叶片中表达变化量达到2倍以上,其中92个为上调基因,83个为下调基因。通过基因功能分类分析发现,这些基因中53个上调基因和46个下调基因编码转录因子。进一步分析发现,参与花生低温抗性调控的转录因子主要包括MYB、WRKY、NAC及AP2/ERF等家族蛋白。此外,一些不包含已知保守结构域的转录因子也参与了花生低温抗性调控。本研究为花生低温抗性调控研究提供了新的转录因子基因资源。     

水稻SUSIBA2-like基因的克隆与分析

采用RT-PCR技术克隆了水稻中淀粉去分支酶1(isoamylase1,ISA1)和SUSIBA2-like基因的cDNA序列,全长ORF分别编码了811个和572个氨基酸残基。生物信息学分析显示SUSIBA2-like与SUSIBA2氨基酸同源性为80.7%,同属于第1类WRKY转录因子家族,且三级结构相似,可能具有相同的功能。半定量RT-PCR分析表明,ISA1基因在灌浆期12d胚乳中的表达量达到了1个峰值,在叶、根、茎中不表达;SUSIBA2-like基因也在灌浆期12d胚乳中的表达量达到了1个峰值,在根中没有检测到表达,在叶、茎中有表达。     

桃PpMADS1的克隆及对类胡萝卜素合成基因的调控研究

为探究桃MADS转录因子基因的序列特征、表达模式及其对类胡萝卜素合成的调控作用,本研究从桃果实中克隆得到一个MADS-box家族基因,命名为PpMADS1。结果表明,PpMADS1的开放阅读框(ORF)为732 bp,编码243个氨基酸,蛋白具有亲水性,稳定性较差,其二级结构以α-螺旋为主要构成元件,且与三级结构相似。亚细胞定位预测显示PpMADS1蛋白定位于细胞核。氨基酸序列分析及系统进化分析结果表明,PpMADS1属于MADS-box转录因子AG亚族,与乌梅亲缘关系最近。实时荧光定量PCR结果表明,PpMADS1基因在芽和叶中几乎不表达,在花和果实中大量表达,黄肉桃品种金丽果实成熟后期PpMADS1表达量显著高于白肉桃品种湖景果实。双荧光素酶试验结果表明,PpMADS1转录因子对PpPSY和PpCHYB启动子具有转录激活作用。因此推测PpMADS1可能通过调控PpPSY和PpCHYB基因表达促进桃果实类胡萝卜素合成。本研究为桃MADS-box转录因子的进一步功能分析奠定了理论基础。     

草菇基因组中的tRNA分析

草菇（Volvariella voluog,e曲，又名中国蘑菇，是一种生长于中国和东南亚的重要经济食用菌。本文基于本实验室的草菇基因组测序结果，分析了草菇基因组中的tRNA情况。草菇基因组的302个框架中，共发现了177个tRNA基因，其中有7个可能的假基因，有2个携带硒代半胱氨酸，一个抑制性tRNA基因和一个未知的异型结构tRNA。除了上述11个特殊的tRNA基因外，166个tRNA可按反密码子类型分成47类。与其它5种担子菌的基因组tRNA比较，草菇的tRNA数量处于第4位，少于鬼伞、裂褶菌、灵芝，多于双孢蘑菇和平菇。通过比较分析草菇及这5种大型真菌的基因组tRNA编码情况，首次报道了几种食用菌tRNA遵守修正的摆动假说的情况。另外，草菇的同功受体tRNA非编码子序列也具有差异性，对tRNA的分析将有助于进一步研究草菇的进化。     

不同氮高效玉米品种对氮素的吸收转运和代谢研究

为研究不同氮高效型品种的氮素代谢调控机制,本试验以高氮高效型玉米品种先玉335和低氮高效型玉米品种京农科728为试材,设置5个施氮水平120、180、240、300、360 kg·hm^-2,以本地大田生产施氮量360 kg·hm^-2为对照(NCK),探讨不同基因型玉米植株氮素转运、氮代谢关键酶活性和关键酶基因表达对减施氮肥的响应特征。结果表明,当施氮量为240~300 kg·hm^-2时,先玉335各生育时期氮含量较高,平均产量达到较高水平;当施氮量为180~240 kg·hm^-2时,京农科728各生育时期氮含量较高,平均产量达到较高水平。在低氮条件下,相较于先玉335,京农科728的硝酸还原酶(NR)、亚硝酸盐还原酶(NiR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT)、天冬酰胺合成酶(AS)均可保持较高的活性。相较于拔节期,京农科782在大喇叭口期的NR基因相对表达量显著上调;大喇叭口至灌浆期,两品种的GOGAT1和GOGAT2基因均显著上调;抽雄吐丝和灌浆期,京农科728中的GS1-3基因相对表达量显著上调;灌浆期,先玉335的GS1-3基因表达量显著上调。相较于拔节期,在其他生育期,两品种的GS1-4基因相对表达量均显著下调。相较于拔节期,京农科728在灌浆期的AS1和AS3基因相对表达量显著上调。相较于其他各生育时期,先玉335在拔节期的AS1基因显著上调。本研究结果证明了氮代谢关键酶基因对不同氮高效型品种的氮素吸收调控存在显著差异。本研究为了解不同氮高效型品种的氮素吸收调控特征提供了理论依据。     

紫色土区坡耕地玉米季地表径流及其氮素流失特征

研究川中丘陵紫色土区坡耕地玉米全生育期地表径流及其氮素流失特征,以期为坡耕地氮素流失预测和有效防控提供理论依据。采用人工模拟降雨与微小区(1 m×2 m)相结合的方法,降雨强度设置为1.0,1.5,2.0mm/min,分别在玉米苗期、拔节期、抽雄期和成熟期进行人工模拟降雨。结果表明:玉米全生育期地表径流量及其氮素流失量随降雨强度的增加而增加。不同降雨条件下,玉米全生育期地表径流总量表现为苗期显著高于其它生育期。玉米拔节期地表径流中氮素平均流失浓度高达16.36mg/L;地表径流中氮素平均流失量在玉米苗期最高,为10.24mg/m~2,而抽雄期仅为2.97mg/m~2。玉米苗期地表径流中铵态氮流失量最大,成熟期地表径流中硝态氮流失量最大,抽雄期硝态氮和铵态氮流失量均最小;玉米全生育期地表径流中硝态氮为氮素流失的主要形态,占总氮的77.98%~97.85%。玉米拔节期氮素流失浓度最高,而苗期为氮素输出负荷量最大,苗期和拔节期地表径流中氮素流失易造成地表水体富营养化,可通过控制基肥、追肥的施入量和增加地表覆盖度减少氮素流失。     

草菇V23子实体耐低温性能改良的初步研究

为了改良草菇V23子实体耐低温储藏性能,对其原生质体分别进行电子束诱变和60Co-γ射线诱变,用筛选出的耐低温突变体进行基因组重排。经过3轮基因组重排成功选育出1株能正常出菇的菌株VF;VF遗传稳定,其子实体在10℃条件下储藏期为20 h,比原始菌株V23储存期延长了25%。由此可见,用基因组重排技术提高草菇的耐低温性能是可行的。本研究结果为选育对环境耐受的食用菌菌株提供了新的思路。     

竹类植物中CYP85A1基因的克隆及表达分析

油菜素内酯(BRs)是一种促进植物茎秆伸长的甾类植物激素,CYP85A1基因参与了BRs合成中重要的催化反应步骤。为阐明CYP85A1基因在竹类植物节间伸长中的作用,本研究以20个竹类植物为试验材料,利用生物信息学分析了CYP85A1基因的特点,并利用实时荧光定量PCR技术分析了该基因在孝顺竹及其变种凤尾竹的不同组织和不同发育阶段的相对表达量。结果表明, 20个竹种中CYP85A1基因序列在DNA水平上的同源性为92.23%,cDNA序列的同源性为98.79%,氨基酸序列的同源性为97.86%;这些基因均含有9个外显子和8个内含子,编码465~480个氨基酸,蛋白分子量约为54 kDa,理论等电点均约为9.2。氨基酸序列中均含有细胞色素P450家族保守的血红素结合域、富含脯氨酸和氧的结构域及Glu-X-X-Arg结构域;CYP85A1基因孝顺竹和凤尾竹母竹的叶中表达量均最高,茎中次之,在根中的表达量最低。孝顺竹和凤尾竹幼竹中,该基因在顶部的表达量明显高于第2、第4、第5节间中的表达量;CYP85A1基因在快速伸长阶段的表达量明显高于生长缓慢时期,节间伸长速率越快该基因的表达量越高。综上,CYP85A1基因在竹类植物茎秆及节间伸长发育过程中具有促进作用。本研究结果为阐明CYP85A1在竹类植物中的生物学功能奠定了一定的理论基础。     

不同生物菌剂对大豆根系抗性物质的影响

在田间试验条件下,开展了4种生物菌剂拌种对大豆根系抗性物质影响的研究.结果表明,随着生育进程的推进,4种生物菌剂提高了根系中过氧化物酶和多酚氧化酶活性.在子叶期～一出复叶期,Y2(芽孢杆菌与木霉为主)处理对过氧化物酶和多酚氧化酶活性作用最强;在三节期～盛荚期,Y1(丛枝菌根真菌为主)处理对过氧化物酶和多酚氧化酶活性作用最强,Y2处理次之.另一方面,4种生物菌剂不同程度地减缓了丙二醛和脯氨酸含量的升高.在子叶期～三节期,Y1和Y2处理明显减缓了丙二醛和脯氨酸含量的升高,Y3(芽孢杆菌为主)和Y4(木霉为主)处理次之.此外,4种生物菌剂在一定程度上还促进了根系中可溶性糖的积累,但差异不大.综合分析表明,Y1和Y2拌种,可调节根系内抗性相关物质的生理功能,提高籽粒产量.     

HSP27基因在牦牛卵母细胞和体外早期胚胎中的表达

为了探讨牦牛HSP27(heat shock proteins27, HSP27)基因在牦牛卵母细胞和早期孤雌激活胚胎中的表达情况及定位,本试验通过实时荧光定量PCR检测牦牛HSP27基因在未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及孤雌激活不同时期胚胎中的相对表达量,用免疫荧光染色法检测HSP27蛋白在未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及孤雌激活不同时期胚胎中的表达与定位情况。结果显示,HSP27基因在牦牛未成熟卵母细胞和成熟卵母细胞以及体外培养孤雌激活不同时期胚胎中均可表达,其中在未成熟卵母细胞中的表达量显著高于成熟卵母细胞;在孤雌激活胚胎中,2~4细胞期表达量最高,囊胚期胚胎表达量最低,随着胚胎的发育,HSP27的表达量呈现逐渐降低的趋势;在2~4细胞期和囊胚期胚胎中的表达与其他组表达存在显著差异性,在5~8细胞期和桑椹胚中的表达无显著差异。免疫荧光染色结果表明,HSP27蛋白在牦牛卵丘细胞和卵母细胞中均有表达,在牦牛孤雌激活2~4细胞期、5~8细胞期和桑椹期胚胎中主要表达于细胞核内和细胞质中,在囊胚期主要表达于细胞核中;而HSP27蛋白的表达水平与基因表达水平基本一致。本研究为后续研究HSP27基因在牦牛生殖生理过程中的作用机制提供了参考。     

红花花青素还原酶基因ANR的克隆及表达分析

花青素还原酶(ANR)是类黄酮代谢途径下游合成原花青素的关键酶,对花青素含量有一定的负调控作用。为探索ANR基因在红花(Carthamus tinctorius L.)中的序列特征及其与红花花色的关系,采用反转录PCR方法从红花中克隆ANR基因,对其进行生物信息学和系统进化分析,并检测了其在不同花色红花品种的不同组织部位及不同花期的表达量。结果表明,CtANR最长开放阅读框(ORF)为1 020 bp, 编码339个氨基酸,分子量为37 958.28,理论等电点为5.87,为不稳定的亲水性蛋白,属于NADB-Rossmann超家族,二级结构主要由α-螺旋和无规卷曲组成。CtANR和刺菜蓟ANR的同源性最高,为83.98%,与刺菜蓟ANR的亲缘关系最近,与梅花、欧洲甜樱桃ANR的亲缘关系较远,模体基序相差较大。定量分析表明,红色和白色红花品种中,CtANR基因都是在果球形成初期表达量最低,其次是根和茎中表达量较低,而在花中的表达量相对较高。在花发育的不同时期,红色红花品种中CtANR基因的表达呈现降低-升高-降低的趋势,而白色红花品种中CtANR基因的表达呈现降低-升高的趋势。在不同花色的红花品种中,CtANR基因的表达量在花发育的S1、S3和S5时期差异极显著(P<0.01),S4、苞片、根、叶中差异显著(P<0.05),其他时期与其他组织中差异不显著。本研究为解析红花类黄酮生物合成的分子机制及红花花色相关基因的研究提供了理论基础。     

小麦生理型与遗传型雄性不育相关基因锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)及果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)的表达分析

锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是一种重要的抗氧化剂,果糖1,6-二磷酸醛缩酶(FBA)是叶绿体光合碳化阶段起重要调节作用的关键酶.本研究以小麦(Triticum aestivum L.)生理型与遗传型等基因雄性不育系及其对应育性正常的保持系为材料,选取花粉小孢子发育各时期的花药及三核期子房,对供试材料花药全蛋白表达差异研究的基础上,对雄性不育相关基因(Mn-SOD)及FBA进行核酸水平的实时荧光定量PCR分析,结果发现,与可育保持系相比,(1)生理型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期、单核期和三核期表达量显著下调,而酶活力在幼穗期上调,在单核期下调;遗传型雄性不育系Mn-SOD基因在幼穗期和单核期表达量下调,酶活力在幼穗期上调,在二核期下调.(2)生理型雄性不育系和遗传型雄性不育系FBA基因表达量在幼穗期和单核期均下调,而对应同时期的FBA酶活力也下调,而遗传型不育系FBA基因在三核期表达量和FBA酶活力均上调.(3)Mn-SOD和FBA在遗传型雄性不育系三核期子房和花药中表达量均高于生理型雄性不育系和正常可育系,而在生理型雄性不育系花药中,Mn-SOD表达量明显低于对照可育系,在子房中其表达量略高于正常可育系.基因表达具有组织特异性,其蛋白表达较基因表达具有一定滞后性.Mn-SOD基因过量表达(单核至二核期),从而清除花药代谢紊乱产生的过多的活性氧,维持细胞正常功能;而花粉败育(生理型和遗传型雄性不育)导致花药失去活力,从而使花药叶绿体光合能力下降,FBA下调表达.研究结果提示,不同发育时期FBA及Mn-SOD酶活力变化与基因表达水平相一致,且这两个指标的变化直接或间接的影响了小麦花药的育性程度.     

Lignin deposition and associated changes in anatomy,enzyme activity,gene expression,and ruminal degradability in stems of tall fescue at different developmental stages

Stem tissues of tall fescue (Festuca arundinacea Schreb.) were sampled at three elongation stages and three reproductive stages. Anatomical analysis showed the deposition of guaiacyl (G) and syringyl (S) lignin during plant development and the formation of a lignified sclerenchyma ring. A dramatic increase in Klason lignin content was found from elongation stage to reproductive stage. Lignin composition analyzed by gas chromatography-mass spectrometry revealed that S lignin content and S/G ratio increased with stem development, but contents of p-hydroxyphenyl (H) and G lignins decreased during the same period. S lignin content and S/G ratio also increased from the younger upper internode down to the older basal internode of the stem, but G and H lignin decreased in parallel. Relative O-methyltransferase activities increased during stem development and in parallel with the lignification process of stem. The pattern of enzyme activity during development varied with the choice of substrate, with highest activities seen when substrates were caffeoylaldehyde and 5-hydroxyferulic acid, and lowest activities were seen when caffeic acid and 5-hydroxyconiferyl alcohol were used as substrates. The expression of caffeic acid O-methyltransferase and cinnamyl alcohol dehydrogenase genes increased during the stem elongation stage and remained at high levels during the reproductive stages. The changes at anatomical, metabolic, and molecular levels during plant development were closely associated with lignification and degradability. This study provides an integrated picture of the molecular and chemical events that accompany changes in lignin deposition and ruminal degradability.