新研究助力破譯植物細胞壁形成機制—新聞—科學網
2020-11-25 科學網
多糖氧乙醯化在植物細胞壁發育中具有重要意義，但對這一過程的具體機制知之甚少。來自美國布魯克海文國家實驗室Yingqi Cai的最新研究，揭示了木聚糖特異性氧乙醯轉移酶（XOAT1）的結構信息和工作機制，為破譯植物細胞壁形成機制邁出了重要一步。相關成果4月30日在線發表於《植物細胞》雜誌。
植物細胞壁為植物細胞提供機械支持，決定其大小和形狀，並影響植物的發育和應力反應。植物細胞壁主要由纖維素、半纖維素和果膠等多糖組成，多糖基質中嵌入的酚類聚合物和蛋白質較少。
這些多糖中，有許多是氧乙醯化的，它通過指示兩個分子是否可以交聯來定義植物細胞壁的結構和機械強度。儘管多糖氧乙醯化在植物細胞壁發育中具有重要意義，但對這一過程的具體機制知之甚少。
木聚糖的氧乙醯化是植物細胞壁中半纖維素的一種主要形成方式，它影響木聚糖和其他細胞壁聚合物之間的相互作用，並進一步影響細胞壁的形成。先前的研究已確定擬南芥木聚糖特異性氧乙醯轉移酶（XOAT1）在木糖基主鏈殘基的2位進行氧乙醯化。基於這些初步的研究發現，進一步提出XOAT1的結構和機制細節，將促進科學家對植物細胞壁多糖氧乙醯化的分子機制的理解。
在本研究中，研究人員首先確定了XOAT1的催化結構：它由兩個不相等的裂片組成，由一個深裂片隔開，裂片底部有一個催化三元組。該催化結構的整體構象與蛋白質資料庫中的任何結構都不同。
▲XOAT1的催化結構
為了闡明XOAT1的催化機理，研究人員通過連續監測酶釋放的產物來確定XOAT1是否在木聚糖主鏈上顯示出任何位置偏好。研究發現，XOAT1專一地將氧乙醯基部分轉移到木聚糖主鏈的2位。
接下來，研究人員繼續探尋是否在XOAT1催化過程中形成乙醯酶中間體。研究結果證實，在催化三聯反應中存在乙醯化酶中間體的形成，表明了XOAT1催化的氧乙醯化反應具有雙取代機理。
最後，突變分析和分子模擬證實了催化三聯體的重要作用，並揭示了蛋白質表面裂縫作為底物結合槽穩定受體和供體底物的能力。
研究人員指出，負責多糖修飾的酶的結構和功能特性，對於理解植物如何構建細胞壁以適應生長模式至關重要。本研究所揭示的XOAT1的結構信息和工作機制，代表了破譯植物細胞壁形成機制的重要一步。這也為以後的研究奠定了基礎，將有助於科學家探索如何生產更適合的酶，消化和釋放這些被捕獲糖的植物生物量。
相關論文信息：doi:10.1105/tpc.20.00346
版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。
相關焦點
-
新研究破譯植物細胞壁形成機制
美國布魯克海文國家實驗室科學家的最新研究，揭示了木聚糖特異性氧乙醯轉移酶（XOAT1）的結構信息和工作機制，在破譯植物細胞壁形成機制上邁出了重要一步。相關成果近日在線發表於《植物細胞》。植物細胞壁為細胞提供機械支持，決定其大小和形狀，並影響植物的發育和應力反應。 -
中外團隊揭示被子植物受精過程關鍵機制—新聞—科學網
段巧紅供圖 被子植物的受精過程是種子形成的關鍵環節。防止多個精細胞與卵細胞結合，即多精受精，對於維持後代基因組的穩定是非常重要的一件事。 3月19日，《自然》在線發表了山東農業大學與美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校共同完成的最新成果。經過多年努力，他們發現了被子植物阻止多個花粉管進入胚珠的分子機制。 -
研究發現藍光有助於植物合成堅硬細胞壁
高等植物直立生長依賴於維管組織細胞通過細胞壁加厚提供的機械支撐力和形成的長距離運輸通道。細胞壁加厚受到遺傳和環境因素的調控，使得不同類型、不同環境條件下生長的植物形成不同厚度、不同組成和結構的次生細胞壁。 -
科學家揭示植物功能性狀與生產力模擬新機制—新聞—科學網
華東師範大學生態與環境科學學院教授夏建陽團隊在植物功能性狀與生產力模擬方向的研究中又獲新進展，進一步揭示了植物葉片功能性狀的權衡關係對全球環境變化的響應規律及其對生態系統生產力預測的重要意義 -
新研究助力神經系統疾病治療—新聞—科學網
-
高山竹類演化揭示橫斷山物種多樣性形成機制—新聞—科學網
近日，中科院昆明植物所研究員李德銖帶領的植物多樣性與基因組學研究團隊利用雙酶切簡化基因組測序的方法，選取167種共178個個體為研究材料 -
研究發現植物耐溫基因與鈣信號轉導協同機制—新聞—科學網
鈣信號轉導被認為是植物抗寒和耐熱的關鍵，但其分子機制還不完全清楚。 -
中國農科院破譯環狀RNA調控豬產肉性狀形成分子機制—新聞—科學網
-
藍藻光合作用功效調控機制研究獲突破—新聞—科學網
科學家發現，藍藻中含有一種名為「Rubisco」的酶在光合作用中發揮著關鍵作用，但是其工作機制卻長期未被認識。 中國科學技術大學周叢照和陳宇星課題組經過長期的研究，闡明了藍藻RuBisCO酶組裝的分子機理，發現RuBisCO成熟過程的多層次精細動態調控網絡，為人工改造RuBisCO以提高光合作用效率奠定了基礎。相關研究成果5月25日在線發表於《自然—植物》。 -
PNAS:植物細胞壁或可生產生物燃料
近日，美國兩所大學的研究人員在植物細胞壁形成問題上有了新的突破，這一新發現為擴大可再生能源的原料鋪平道路。研究人員確認了兩種蛋白質，GAUT1和GAUT7共同形成了植物細胞壁中的果膠。果膠是一種多糖，對植物的生長發育是至關重要的，它也常作為凝膠劑用於果醬和果凍生產中。該發現為使用植物細胞壁形成的可再生生物質能奠定了基礎。 -
科學家建立碳四禾穀類研究的模式植物體系—新聞—科學網
相關研究成果在線發表在《自然—植物》（Nature Plants）上。 論文共同通訊作者隋毅介紹，模式植物擬南芥和水稻在作物科學基礎研究領域發揮著不可替代的作用。然而它們都是碳三（C3）植物，C4作物中還沒有理想的模式植物，一定程度上制約了C4植物基礎研究的發展。 穀子為二倍體，其基因組小，且自花授粉，又有高質量的參考基因組，是極具發展潛力的禾穀類模式植物。 -
【PLOS Genetics】植生所揭示了SUMO化修飾調控植物次生細胞壁增厚的新機制!
thaliana」的研究論文，揭示了蛋白質SUMO(small ubiquitin-related modifier)化修飾精細調控植物次生細胞壁增厚新機制。 細胞壁植物細胞區別於動物細胞的主要特徵之一。所有植物細胞都具有初生細胞壁，一些細胞類型，例如維管組織的纖維細胞和管狀細胞中，需要形成加厚的次生細胞壁，為植物的直立生長提供機械支撐力以及水分和養分長途運輸通道。次生細胞壁形成直接影響植物生長發育和抗逆性狀，次生細胞壁加厚過程在時空上受到多層次的精細、複雜和嚴格的調控。 SUMO化修飾是一種蛋白翻譯後的修飾方式。 -
科學家破譯老鼠「語言」—新聞—科學網
科學家首次破譯了老鼠在追逐、打鬥等社交行為中發出的這些超聲波。相關成果2月17日發表於《自然—神經科學》。 老鼠會發出各種各樣的聲音與同伴交流。科學家很長時間裡都在嘗試解釋這些人耳無法察覺的超聲波「吱吱」聲，但卻一直未果。部分原因在於，將一隻老鼠發出的聲音與另一隻老鼠的行為聯繫起來存在技術挑戰。 -
科學網—植物細胞壁大數據處理實現突破
本報訊（記者鄭金武 通訊員鐵錚）我國在植物細胞壁拉曼光譜大數據處理技術上取得新突破。 -
研究發現水水循環對被子植物的調控作用—新聞—科學網
近期，中科院昆明植物所研究員張石寶團隊對被子植物適應波動光強的光合調控策略開展了深入的研究，國際上首次揭示了水水循環在波動光強下的重要調控作用 -
中外科學家首次解析小麥適應性進化機制—新聞—科學網
山東農大供圖 生物脅迫和非生物脅迫被認為是驅動生物遺傳多樣性和新物種形成的主要成因。但在不存在地理隔離的情況下，植物是否存在適應性進化從而形成新物種，尚鮮有證據。 3月3日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）在線發表山東農業大學與電子科技大學、以色列海法大學等團隊在小麥物種進化領域的重要突破，闡明了同域情況下野生二粒小麥生態適應性進化機制，首次搭建了生物脅迫和非生物脅迫下植物同域物種形成機制模型，同時為小麥野生種質資源的發掘利用提供了理論參考。 -
蕓薹屬植物基因組三維結構與進化機制有關—新聞—科學網
白菜和甘藍全基因組染色質交互熱圖 近日，中國農業科學院油料作物研究所（以下簡稱油料所）種質資源團隊在蕓薹屬基因組進化方向取得重要研究進展，成功繪製白菜與甘藍的三維基因組圖譜，發現基因組三維結構與其同源基因保留機制存在密切聯繫，為蕓薹屬物種的功能基因組研究與分子育種提供了重要理論指導。 -
PNAS|李來庚揭示脫落酸通過磷酸化NST1調節擬南芥次生細胞壁的形成機制
植物細胞被封閉在細胞壁中。進行伸長的細胞具有較薄的主壁，主要由纖維素，半纖維素和果膠組成。 -
科學家提出新粒子生成物理機制新解釋—新聞—科學網
湍流發展對新粒子形成過程的影響示意圖 近日，《國家科學評論》刊發北京師範大學雲－氣溶膠研究團隊及其合作者有關新粒子形成和增長的最新研究發現 -
植物有毒 我有解藥—新聞—科學網
一項新研究表明，食草動物及其捕食者已經進化出有效策略處理有毒植物次生代謝產物。小菜蛾的幼蟲利用一種特殊的腸道酶使寄主植物的有毒物質變得無害，沒有這種酶，其生長、生存和繁殖就會受到損害。然而，掠食性草蛉幼蟲以中毒的毛蟲為食，但並無嚴重不良後果，因為它們有自己的解毒機制。 為了成功地以植物為食，食草動物需要戰勝植物產生的化學物質來保護自己，例如小菜蛾的幼蟲。