木質素單體運輸途徑的解析與運輸蛋白作用機制的研究

《木質素單體運輸途徑的解析與運輸蛋白作用機制的研究》是依託清華大學，由趙喬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：木質素單體運輸途徑的解析與運輸蛋白作用機制的研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：趙喬
• 項目類別：面上項目

項目摘要

木質素是植物特有的次生代謝物也是細胞壁的重要組成成分。木質素基因工程改造是改良能源植物，最佳化畜牧業作物以及造紙工業的常用的重要手段。木質素是由三種單體組成的複雜聚合體，其合成途徑分為單體合成，運輸以及氧化聚合三部分。相對於解析比較完整的單體合成和聚合途徑來說，大家對於運輸機制卻知之甚少。目前的最新研究指出木質素的單體和其糖基化衍生物由兩種截然不同的被稱為ABC的轉運蛋白負責運輸。我的前期工作發現在擬南芥中一個ABC轉運蛋白的表達水平受糖基化衍生物影響，其缺失突變體有明顯木質素化降低的表型，另外還篩選到8個受木質素單體調控的ABC轉運蛋白。本項目利用擬南芥根發育對木質素單體處理的特異應答以及底物變化通常引發酶的相應變化的原理，擬結合篩突變體庫，轉錄組等遺傳學和生物化學手段揭示木質素單體運輸機制。這對於未來解析糖基化修飾的目的，為木質素的基因工程改造提供新方向具有深遠意義。

結題摘要

木質素是植物特有的第二大的生物多聚物,也是細胞壁的重要組成成分。木質素由於其在植物進化中的地位以及工業上的多種套用，多年來一直成為植物次生代謝領域中最受關注的研究方向之一。木質素是由三種單體組成的複雜聚合體，其合成途徑分為單體合成，運輸以及氧化聚合三部分。目前對木質素運輸機制知之甚少。研究指出木質素的單體和其糖基化衍生物由兩種截然不同的被稱為ABC的轉運蛋白負責運輸。本課題以擬南芥為材料，構建糖基化轉移酶以及水解酶的轉基因植株。利用液相色譜分析驗證了木質素糖基化的合成變化。確定了轉基因植株合成符合預期的糖基化衍生物。通過對木質素糖基化衍生物和單體本身過量累積的兩種材料，進行了轉錄組分析。另外，體外木質素的處理誘導了8個候選的ABC轉錄蛋白基因。本課題進行了8個候選基因的功能性驗證，包括基因敲除的植物表型分析以及過表達酵母對木質素單體耐受性等分析。研究還包括了正向遺傳學篩選。木質素的處理使得擬南芥的根部生長發生抑制，且伴隨木質素合成相關基因的抑制。針對擬南芥對木質素單體的特異識別，篩選突變體庫，尋找回響發生變化的植株。為了避免基因冗餘，用activation tag的突變體庫進行篩選。但完成了基本可以涵蓋大部分基因組的數目後，未發現植株發育異常。研究表明擬南芥過量累積的糖基化衍生物沒有特異誘導任何轉運蛋白基因表達。也沒有可見的植物表型。候選基因也沒有數據支持其為木質素轉運蛋白編碼基因。研究中發現了一個參與木質素前體運輸的基因。該基因也與木質素合成基因共表達。但其功能需要進一步驗證。就目前數據顯示，該基因缺失導致木質素前體的大量減少。這對木質素合成的理解有了進一步的認識。