近日，The Plant Cell在線發表了中國科學院遺傳與發育生物學研究所周奕華研究組題為「Arabinosyl Deacetylase Modulates the Arabinoxylan Acetylation Profile and Secondary Wall Formation 」的研究論文。該研究發現了一種新的多糖乙醯酯酶（阿拉伯糖乙醯酯酶，DARX1），並揭示其調控水稻木聚糖乙醯化和細胞壁高級結構的機理。
細胞壁是多糖組成的複雜網絡結構，這些多糖經摺疊、交聯，形成適應植物生長發育所需的細胞壁高級結構。研究細胞壁高級結構形成的精準調控機制是植物學新的學科前沿。
乙醯化是一種廣泛存在於細胞壁多糖上的修飾形式，可控制多糖構象及多聚物間的交聯，對高級結構的構建至關重要，成為解析細胞壁結構及其功能的突破口。阿拉伯木聚糖是水稻最主要的半纖維素，能結合纖維素和木質素。而乙醯化修飾對木聚糖構象及其與其他細胞壁成分的結合具有重要調控作用。但由於所鑑定的相關酶極為有限，細胞壁乙醯化修飾控制機制仍不清楚。中國科學院遺傳與發育生物學研究所周奕華研究組於2017年在Nature Plants上報導了木聚糖主鏈乙醯酯酶BS1，揭開了多糖乙醯化精準控制研究的帷幕。
在此基礎上，周奕華研究組通過對水稻微粒體蛋白進行分離和酶活測定，獲得木糖和阿拉伯糖酯酶活性較高的分離相，輔以質譜分析，從BS1所屬的GDSL酯酶家族中篩選出參與阿拉伯糖去乙醯化修飾的候選蛋白DARX1。遺傳證據表明，DARX1突變造成木聚糖側鏈阿拉伯糖上乙醯基特異增加，而異常的乙醯基能被酵母中表達的DARX1重組蛋白去除，明確其為阿拉伯糖乙醯酯酶。更重要的是，對細胞壁高級結構進行固相核磁和原子力顯微鏡觀察，發現DARX1突變所引發的阿拉伯糖側鏈過度乙醯化導致木聚糖構象改變，進而擾動導管細胞中纖維素微纖絲的排布和功能。
該研究發現了具有新活性的多糖乙醯酯酶DARX1；它作用於木聚糖側鏈，調控木聚糖構象及與纖維素等細胞壁多聚物的交聯方式，進而控制細胞壁高級結構與功能。因此，DARX1的功能鑑定對揭示細胞壁高級結構的調控機理具有重要的意義。DARX1還可調控纖維細胞和木質部導管的發育，改變水稻植株的機械強度，因而為改良作物抗倒伏性和分子設計育種提供了依據。
圖: 阿拉伯糖乙醯酯酶DARX1調控水稻木聚糖乙醯化和細胞壁高級結構
周奕華組工作人員張蘭軍博士為該論文的第一作者，張保才副研究員和周奕華研究員為通訊作者。該研究還得到路易斯安娜州立大學王拓教授和美國國家強磁場實驗室Frederic Mentink-Vigier博士的幫助。該項工作得到了國家自然科學基金和青促會的支持。
論文連結:
http://www.plantcell.org/content/early/2019/03/18/tpc.18.00894
來源：遺傳所官網
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