幾丁質酶參與水稻纖維素合成

2020-12-01 科學網

 

細胞壁是由纖維素、半纖維素和果膠構成的複雜多糖網絡結構，為植物體提供機械支撐。水稻細胞壁研究對於抗倒伏等農藝性狀的改良具有重要意義。植物類幾丁質酶作為一類糖苷水解酶，參與調控植物生長和發育的多個過程，包括細胞壁代謝和植物的抗病性。水稻基因組中存在37個編碼幾丁質酶蛋白或類蛋白的基因，但目前相關研究工作甚少，仍缺乏遺傳學上的證據。

 

中科院遺傳與發育生物學研究所朱禎課題組和周奕華課題組通過鑑定一個新的水稻脆稈突變體bc15發現，其野生型基因編碼幾丁質酶類蛋白BC15/OsCTL1。對bc15突變體的詳細表型分析發現，基因突變引起厚壁細胞細胞壁變薄和纖維素含量顯著下降，導致機械強度嚴重下降，但沒有顯著影響水稻的生長發育。基因克隆和互補實驗發現，突變體表型是由類幾丁質酶基因BC15/OsCTL1的錯義突變引起。生物信息學分析發現，BC15/OsCTL1是II型類幾丁質酶蛋白，缺乏N-端富含半胱氨酸區域和經典幾丁質酶活性基序H-E-T-T，但在N-端具有一個跨膜區域。生化分析和細胞學觀察發現，BC15/OsCTL1是一個高爾基定位的II型跨膜蛋白，但原核表達未檢測出典型幾丁質酶活性。表達模式檢測發現，BC15/OsCTL1在水稻的各個組織器官中廣泛表達。進一步對野生型和突變體bc15的基因表達譜調查分析，揭示了BC15/OsCTL1參與纖維素合成和細胞壁重塑途徑的可能分子機制。

 

本研究首次提供了高爾基體定位的幾丁質酶類蛋白在水稻纖維素合成過程中起重要作用的遺傳證據，且證明其作用不同於擬南芥中的同源基因。

 

該項研究成果已於2012年8月在國際雜誌Plant Physiology上在線發表（doi:10.1104/pp.112.195529）。朱禎課題組吳斌、周奕華課題組張保才、朱禎課題組戴豔為該論文的共同第一作者。

 

該研究得到了科技部、農業部和國家自然科學基金委項目的資助。（來源：中科院遺傳與發育生物學研究所）

 

 

 

 

 

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