细胞壁合成底物运送分子机理研究重要进展

细胞壁是由纤维素、半纤维素和果胶构成的复杂多糖网络结构，也是植物膨压驱动细胞生长的物质基础。水稻细胞壁研究对于抗倒伏和水稻植株形态等农艺性状的改良具有重要意义。植物细胞壁多糖除纤维素在质膜上合成外，其他多糖主要在高尔基体内合成。而所需底物、各种核苷糖分子（nucleotide  sugar）却主要在细胞质中合成，需要通过核苷糖转运子跨膜运输到高尔基体内，参与多糖合成。研究证明底物合成的缺陷可以影响细胞壁的合成，因此人们推测核苷糖转运子对细胞壁合成有重要影响，然而这一假设由于缺乏遗传学证据，一直存在很大的争议。



我们通过鉴定一个新的水稻脆秆突变体bc14发现，其野生型基因编码高尔基体定位的尿苷二磷酸-葡萄糖（UDP-Glucose）转运子，参与细胞壁多糖合成。对bc14突变体的详细表型分析发现，基因突变引起次生壁结构异常和纤维素含量下降，导致机械强度显著下降和生长发育缺陷。基因克隆和互补实验发现突变表型是由核苷酸糖转运子Oryza  sativa  Nucleotide  Sugar  Transporter1  ()基因的错义突变引起。水稻原生质体表达BC14/OsNST1融合荧光蛋白载体发现该蛋白定位于高尔基体中。体外酶活实验证明该转运子具有尿苷二磷酸-葡萄糖的转运活性。细胞壁成分的详细分析证实突变体基质多糖中葡萄糖含量明显下降。



本研究证实了高尔基体定位的核苷糖转运子在细胞壁多糖合成中的重要作用，为解析细胞壁生物合成的生化和生物学机制提供了关键的证据，解决了该领域中一个长期悬而未决的重要问题。这项工作已于2011年3月7日在国际杂志PNAS上在线发表（DOI:/10.1073/pnas.1016144108）。周奕华课题组张保才、刘香玲和中国农科院水稻所钱前研究员为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家转基因专项和中科院知识创新方向性项目的资助。