上海恒遠(yuǎn)揭示植物細(xì)胞壁代謝與形成的分子機(jī)理

1、細(xì)胞壁形成與植物生長發(fā)育

植物如何形成細(xì)胞壁是一個(gè)重要的科學(xué)問題。作為植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)，細(xì)胞壁的形成與植物生長發(fā)育密切相關(guān)。大量的研究表明，細(xì)胞壁形成的異常通常伴隨著植物生長發(fā)育的異常。另外，作為基礎(chǔ)代謝過程，細(xì)胞壁的合成與調(diào)控處于植物信號(hào)傳導(dǎo)的zui下游，植物對(duì)激素的反應(yīng)、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和對(duì)脅迫的應(yīng)答zui終會(huì)在細(xì)胞壁的形成和變化上體現(xiàn)出來。因此植物體內(nèi)存在參與細(xì)胞壁形成及響應(yīng)細(xì)胞壁改變的信號(hào)通路和應(yīng)答機(jī)制。人們對(duì)這一過程的了解還極其不清楚。我們課題組通過研究矮稈、披葉等水稻突變體和擬南芥花粉管發(fā)育異常突變體及其野生型基因的功能，發(fā)現(xiàn)一些關(guān)鍵基因OsCSLD4 （Li et al., 2009） 、BC12（Zhang et al., 2010）、MGP4（Liu et al., 2011）、ILA1（Ning et al., 2011）等影響細(xì)胞有絲分裂或伸長過程，為揭示細(xì)胞壁形成及其在生長發(fā)育中的作用機(jī)制積累了數(shù)據(jù)。

2、細(xì)胞壁生物合成與水稻莖稈強(qiáng)度

莖稈強(qiáng)度是作物栽培育種中重要的農(nóng)藝性狀，與植株的抗倒伏性直接相關(guān)。主要由細(xì)胞壁、尤其是次生細(xì)胞壁提供，是其化學(xué)組成及物理結(jié)構(gòu)的反映。目前對(duì)單子葉作物（如水稻）的莖稈強(qiáng)度分子機(jī)理研究還很不深入。本課題組獨(dú)立或與李家洋院士實(shí)驗(yàn)室合作完成了BC14（Zhang et al., 2011）、BC3（Xiong et al., 2003）、BC12（Zhang et al., 2010）、BC11（Zhang et al., 2009）、BC10 （Zhou et al., 2009）等關(guān)鍵基因的圖位克隆和功能研究工作。所開展的工作已涵蓋從底物核苷酸糖運(yùn)輸?shù)嚼w維素、非纖維素多糖合成與沉積，從膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞骨架轉(zhuǎn)換等細(xì)胞壁形成的重要過程。同時(shí)發(fā)現(xiàn)影響機(jī)械強(qiáng)度的重要 “出口”是纖維素的含量和纖維素微纖絲的排列。對(duì)于闡明作物莖稈強(qiáng)度這一重要農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)理及解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上存在的一些實(shí)際問題具有重要意義。

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