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科学家发现纤维素生物合成秘密
来源:中国科学报 发布时间:2020-05-27

  近日,美国普渡大学一个研究团队在《植物细胞》上发表的一项成果表明,内皮素20作为一种强大的新型纤维素合成抑制剂,与纤维素的合成密切相关。

纤维素是地球上最丰富的生物高聚物,而且它的化学成分也很简单。纤维素是由β-1,4—D—葡萄糖单元组装成直链形成的聚合物,这些棒状分子在氢键和范德华力的作用下被包裹成牢固的微纤维。

纤维素提供植物细胞壁所需的机械强度,以抵抗膨胀压力,同时影响细胞的大小、形状和分裂生长方向,从而塑造植物形态。虽然纸纤维和棉花纤维都含有90%以上的纤维素,但人们仍然不清楚植物是如何合成这种聚合物的。

在这项研究中,科学家筛选鉴定了内皮素20。研究发现内皮素20通过降低纤维素水平,从而显著改变拟南芥幼苗的形态。由甲基磺酸乙酯诱导的拟南芥突变株中,内皮素20生长良好,但纤维素合成酶有突变,这表明内皮素20直接影响了纤维素合成酶的活性。

进一步分析表明,内皮素20以纤维素合成酶6的尿苷二磷酸葡萄糖结合位点(即催化位点)为靶点,抑制纤维素聚合;研究人员通过分析纤维素合成酶6的突变形式证实了这一点。

在纤维素合成酶6丧失功能背景下,研究团队利用根表皮细胞的高分辨率活细胞成像技术,研究了内皮素20对转基因拟南芥幼苗纤维素合成酶复合物定位和动态的影响。

研究发现,内皮素20处理显著降低了纤维素合成酶复合物在质膜处的运动速率,证实了内皮素20抑制纤维素合成酶复合物的催化活性。内皮素20处理还降低了质膜局部纤维素合成酶复合物的密度,减少了纤维素合成酶复合物向质膜的传递,增加了高尔基体纤维素合成酶复合物的丰度,表明纤维素合成酶6的催化活性影响了纤维素合成酶复合物的亚细胞运输。

相关论文信息:https:doi.org/10.1105/tpc.20.00202


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