《擬南芥糖基轉移酶基因UGT72B1調節細胞壁木質化的作用機制》是依託山東大學，由侯丙凱擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：擬南芥糖基轉移酶基因UGT72B1調節細胞壁木質化的作用機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：侯丙凱
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
植物細胞壁的木質化是指細胞壁內沉積木質素的過程，它對於支撐植物生長、水分輸導以及機械防禦等起關鍵作用。但是細胞木質化過程涉及環節眾多，機制複雜，目前了解很少。本課題組在前期研究中，鑑定了一個與細胞壁木質化密切相關的擬南芥糖基轉移酶UGT72B1突變體，該突變體表現為莖中細胞木質化嚴重紊亂和木質素沉積加重的特徵，恢復系表現正常。並且還發現該糖基轉移酶基因在莖的木質部特異表達。本課題擬利用該突變體，研究糖基轉移酶基因UGT72B1與植物細胞壁木質化的關係。通過生物化學、分子生物學、細胞學、遺傳學等手段，確定糖基轉移酶UGT72B1的作用底物，分析該基因通過什麼途徑來影響木質素代謝以及細胞壁的木質化，明確糖基轉移酶基因UGT72B1調節植物細胞壁木質化的作用及其分子機理。通過本研究，將有助於從分子糖基化修飾這一新的視角來揭示木質素代謝合成以及細胞壁木質化的精細調節機制，因此具有重要科學理論意義。
結題摘要
木質素單體的糖基化修飾現象自上世紀70年代以來就被發現普遍存在於高等植物中。然而，木質素單體的糖基化修飾具有什麼生物學意義？該糖基化修飾對於木質素積累和細胞壁合成有沒有影響？一直是植物細胞壁研究領域長期以來懸而未決的科學問題。為了研究木質素單體糖基化對植物細胞壁和木質素的影響，本項目以擬南芥為模式植物開展研究。主要研究內容和結果如下：（1）大規模篩選與細胞壁木質素相關的糖基轉移酶家族突變體，鑑定了UGT72B1是影響細胞壁木質素的關鍵糖基化修飾基因。（2）研究了UGT72B1基因在野生型擬南芥不同組織的表達模式，發現該基因主要在莖稈木質部表達。（3）對UGT72B1突變系和恢復系中木質素含量與細胞壁結構進行了分析，發現UGT72B1的功能缺失導致細胞壁木質素的顯著積累、異位木質化發生以及細胞壁的顯著加厚。恢復系均回復正常。（4）對糖基轉移酶UGT72B1的作用底物進行鑑定，發現UGT72B1特異性地糖基化修飾木質素合成途徑上的單體物質，參與了木質素的代謝。（5）分析了突變系和恢復系中UGT72B1發揮作用的分子機制，發現UGT72B1催化的木質素單體糖基化過程能夠反饋負調節木質素合成途徑的轉錄因子與關鍵合成酶。證明了UGT72B1在植物細胞內催化的木質素單體糖基化，作為一種平衡器制約和調節著細胞壁木質素的正常合成與積累。總之，通過本課題，我們首次鑑定了一個調節細胞壁木質素合成的糖基轉移酶基因UGT72B1, 明確了糖基轉移酶基因UGT72B1在調節植物細胞壁木質化中所起的作用，揭示了糖基轉移酶UGT72B1調節植物細胞壁木質化的生化和分子機理。我們的工作在國際上首次證明了木質素單體糖基化對於植物細胞壁的正常合成起著至關重要的調節作用，研究結果具有明顯的理論創新性。同時，本課題發現的擬南芥糖基轉移酶基因UGT72B1以及在其他植物中的同源基因有望被用於作物改良，通過生物技術手段改善與細胞壁以及木質素有關的農藝性狀，更好地為農業生產服務。本課題研究結果已經發表在Plant J, Plant Physiol 等國際植物學主流期刊。課題圓滿地達到了預期目標。
