中国农业科学院烟草研究所揭示植物细胞壁果胶质去甲酯化调控的精细调节机制

小渔 • 2024年07月30日 08:36 • 香烟资讯

近日，中国农业科学院烟草研究所烟草功能基因组创新团队的龚达平课题组联合青岛农业大学孔英珍课题组，在植物细胞壁果胶甲酯化修饰调控方面取得重要进展，揭示了ZAT5、BLH2和BLH4组成的转录调控模块精细调节种皮粘液质果胶同聚半乳糖醛酸去甲酯化过程的分子机制。相关研究成果发表在《植物细胞（Plant Cell）》（JCR top 5％，IF＝"10.0）上。

植物细胞壁是一个由多糖和糖蛋白组成的高度动态网络，一方面它们需要灵活，以允许快速和定向的细胞伸长（如花粉管）；另一方面它们必须足够坚硬，以抵抗内部膨胀压力，抵御外界胁迫，并为整个生物体的生长提供结构和机械支持。果胶质是细胞壁中重要的起粘合作用的复杂多糖，含量丰富，约占细胞壁干重的35％。果胶质在高尔基体中初合成并以高度甲酯化的形式分泌到细胞壁中，只有在果胶甲酯化酶的催化下部分去甲酯化后才能正常行使功能。果胶质甲酯化程度的变化会影响细胞壁的流变特性，进而调节细胞伸长、器官形成、果实成熟、气孔打开以及生物与非生物胁迫等过程，以响应和适应植物正常的生长发育以及外界环境变化。

果胶质去甲酯化过程受到精确的时空调节，目前很多果胶甲酯化酶基因的生物学功能尚未被报道，果胶质的甲酯化修饰调控机制也不十分清楚。该团队利用拟南芥种皮粘液质研究体系，发现多个果胶甲酯化酶基因受到上游转录因子ZAT5的负调控从而抑制了果胶质去甲酯化过程；同时发现ZAT5可与BLH2和BLH4互作，通过互相抑制DNA结合能力，相互拮抗的调控甲酯化修饰相关基因的表达。该研究揭示了ZAT5和BLH2/4转录因子复合体在植物精细调控细胞壁果胶质甲酯化修饰中的重要角色，并提出了相应的分子调控模型。这一研究结果有助于深入理解甲酯化调控在植物生长发育中的作用机制。相关研究对作物生长、成熟、品质、抗逆性和加工利用等方面都具有重要意义。

烟草所为该论文第一完成单位，解敏敏博士为论文第一作者，丁安明副研究员为共同第一作者，青岛农业大学孔英珍研究员和烟草所龚达平研究员为共同通讯作者。该研究得到了中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金、国家烟草专卖局科技重大专项等项目的资助。