中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所基因組生物學(xué)研究中心的科研人員在細(xì)胞壁多糖乙�；揎棛C制研究中取得進(jìn)展。相關(guān)成果以Control of secondary cell wall patterning involves xylan deacetylation by a GDSL esterase為題發(fā)表在3月3日出版的《自然-植物》(Nature Plants)上，同期Nature Plants 還發(fā)表了為該文寫的新聞與觀點(News & Views)專評文章。副研究員張保才(青促會會員)、博士生張?zhí)m軍和博士畢業(yè)生李峰為共同第一作者。 細(xì)胞壁是植物細(xì)胞特征性結(jié)構(gòu)之一，不僅在形態(tài)建成、器官發(fā)育及信號傳導(dǎo)中發(fā)揮重要作用，還是植物直立生長、營養(yǎng)運輸、抵抗病蟲害及適應(yīng)逆境的物質(zhì)基礎(chǔ)。此外，細(xì)胞壁構(gòu)成地球上最豐富的可再生資源，為人們提供賴以生存的食物、日常用品、建筑材料和工業(yè)原料等。 乙�；且环N廣泛存在于植物細(xì)胞壁上的修飾形式，介導(dǎo)分子間交聯(lián)構(gòu)建有功能的細(xì)胞壁高級結(jié)構(gòu)，從而成為調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育的重要因子。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁上乙�；揎椀呢S度及分布在不同植物及不同發(fā)育階段被嚴(yán)格調(diào)控，表明該修飾的重要性。近年來已有少數(shù)多糖乙�；D(zhuǎn)移酶被發(fā)現(xiàn)，使其成為植物學(xué)研究領(lǐng)域的學(xué)科前沿。植物要維持細(xì)胞壁上一定的乙酰化水平和分布，勢必還需有乙酰酯酶的存在，但細(xì)胞壁合成去乙酰化酶一直未被發(fā)現(xiàn)。 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周奕華研究組與儲成才研究組利用分子遺傳學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)等手段，發(fā)現(xiàn)了一個能負(fù)調(diào)控木聚糖乙酰化水平的酶。水稻脆鞘突變體bs1具有脆鞘、矮生等表型。圖位克隆發(fā)現(xiàn)BS1基因編碼一個GDSL酯酶家族(Plant GDSL lipase/esterase-like family)成員，定位于多糖“合成工廠”高爾基體上。通過對野生型和突變體細(xì)胞壁成分與結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入細(xì)致的植物化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，bs1突變體細(xì)胞壁中總乙酰酯含量升高，且差異來自水稻中最主要的半纖維素木聚糖。核磁共振(HSQC)分析進(jìn)一步明確了突變體中乙酰化修飾變異的位置。重組BS1蛋白具有特異性的木聚糖乙酰酯酶活性，反應(yīng)產(chǎn)物得到了液相質(zhì)譜(LC-QTOF)和核磁共振分析的驗證，表明BS1確為木聚糖乙酰酯酶。BS1在富含次生壁的維管束和厚壁組織中高表達(dá)，影響木質(zhì)部導(dǎo)管的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響植株形態(tài)和粒重等農(nóng)藝性狀。 這項研究不僅發(fā)現(xiàn)細(xì)胞壁乙�；揎棿嬖谌ヒ阴；^程，也提出了細(xì)胞壁乙酰化修飾調(diào)控的新理論、即“雙向調(diào)控”理論，還賦予了GDSL酯酶這一類古老超家族中大量功能未知蛋白新的功能。除了理論上的突破外，該研究揭示了細(xì)胞壁乙�；揎椪{(diào)控對細(xì)胞壁功能維持的重要性，為水稻等作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子設(shè)計育種提供了新的基因資源和理論基礎(chǔ)。 該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院先導(dǎo)專項和中科院青促會等項目資助。
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BS1是木聚糖去乙酰酯酶，調(diào)控乙酰化水平和次生壁結(jié)構(gòu)與功能
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