植物聚合物并不總是共同作用以形成美麗的形狀
在植物中，細胞壁就像一個骨架，提供支撐和穩(wěn)定性，也像肌肉一樣，將水從地面?zhèn)鬟f到最高的樹葉和樹枝。負責水運的結構是由木質部組成的次生細胞壁，NAIST教授Taku Demura一直在研究。“木質部是陸生植物生物量的重要資源。木質部細胞分化的改變對于改善植物生物量資源的策略非常重要，”Demura說。
次生細胞壁由三種類型的聚合物組成，纖維素，半纖維素和木質素。在植物細胞發(fā)表的一項新研究中，Demura的實驗室發(fā)現(xiàn)木質部細胞突變體中的這三種聚合物有助于彼此獨立的次生細胞壁形成，挑戰(zhàn)當代植物生長模型。
纖維素和半纖維素之間的相互作用對于賦予細胞壁強度和彈性以向上推水是至關重要的。與木質素的相互作用增加了疏水性，從而為推進提供電荷。20世紀80年代早期的研究使科學家相信，次生細胞壁的形成發(fā)生在連續(xù)的事件中，從細胞表面的纖維素合成開始，然后是與纖維素結合的半纖維素的沉積，最后是遷移和聚合木質素。
這些相互作用導致三種聚合物在木質部細胞中呈現(xiàn)明顯的空間模式。然而，由Demura實驗室制造的擬南芥(一種科學家常用于研究植物生長的小植物)突變的木質部細胞顯示纖維素合成受到破壞而不破壞半纖維素或木質素的空間模式。
“我們對纖維素合成酶基因CESA7進行了突變。這種突變阻止了纖維素的形成。盡管缺乏圖案化的纖維素沉積，我們看到了半纖維素和木質素的圖案沉積，”為該項目做出貢獻的Misato Ohtani博士解釋道。
另外的研究表明，持續(xù)的圖案化可歸因于微管，即幾乎所有生命中所見的分子，包括人類，并負責在細胞內運輸物質。
“當我們用藥物破壞微管時，我們能夠破壞半纖維素和木質素的圖案。這表明在二次細胞壁形成過程中，半纖維素和木質素受微管而非纖維素的調節(jié)，”Ohtani繼續(xù)說道。
考慮到能夠以更高的效率生產(chǎn)資源或承受極端氣候變化的生物工程植物的不斷努力，Demura指出，闡明像二級細胞壁這樣的基本植物結構如何發(fā)展的機制將有助于科學家實現(xiàn)這些目標。
“確定纖維素，半纖維素和木聚糖的獨立性表明我們可以修改一種，而不會改變植物中的另一種，”他說。
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