木質(zhì)部細(xì)胞中不同聚合物的模式。
動植物有許多特征，其中之一就是細(xì)胞壁。在植物中，這種結(jié)構(gòu)就像一個骨架，提供支撐和穩(wěn)定性，也像肌肉一樣，它將水從地面轉(zhuǎn)移到最高的樹葉和樹枝上。負(fù)責(zé)水分運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)是次生細(xì)胞壁，NAIST多久德斯塔教授一直在研究它，因?yàn)樗怯赡举|(zhì)部組成的。
“木質(zhì)部是陸生植物生物量的重要資源。木質(zhì)部細(xì)胞分化的變化對于改善植物生物量資源的策略非常重要。
二級細(xì)胞壁由三種聚合物組成，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。在一項(xiàng)可以在植物細(xì)胞中讀取的新研究中，Densta的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)木質(zhì)部細(xì)胞突變體中的這三種聚合物有助于相互獨(dú)立地形成次生細(xì)胞壁，從而挑戰(zhàn)了當(dāng)代的植物生長模型。
纖維素和半纖維素之間的相互作用對于賦予細(xì)胞壁強(qiáng)度和彈性以向上推動水非常重要。與木質(zhì)素的相互作用增加了疏水性，從而為推進(jìn)提供了電荷。20世紀(jì)80年代初的研究使科學(xué)家認(rèn)為，次生細(xì)胞壁的形成發(fā)生在連續(xù)的事件中，從細(xì)胞表面的纖維素合成開始，然后半纖維素沉積與纖維素結(jié)合，最后木質(zhì)素遷移和聚合。
這些相互作用導(dǎo)致木質(zhì)部細(xì)胞中三種聚合物的明顯空間模式。然而，由Demura Laboratory(科學(xué)家經(jīng)常用來研究植物生長的一種小型植物)制造的擬南芥突變體中的木質(zhì)部細(xì)胞顯示出一種空間模式，即在不破壞半纖維素或木質(zhì)素的情況下，纖維素合成被破壞。
“我們突變了纖維素合成酶基因CESA7。這種突變阻止了纖維素的形成。盡管缺乏模式化的纖維素沉積，但我們已經(jīng)看到了半纖維素和木質(zhì)素的模式化沉積，”參與該項(xiàng)目的Misato Ohtani博士解釋道。
其他研究表明，這種持續(xù)的模式可能歸因于微管，這種分子幾乎在包括人類在內(nèi)的所有生命中都可以看到，并且負(fù)責(zé)在細(xì)胞中運(yùn)輸物質(zhì)。
“我們可以破壞半纖維素和木質(zhì)素的模式，當(dāng)我們破壞藥物的微管時，這表明在二次細(xì)胞壁的形成過程中，半纖維素和木質(zhì)素受到微管的調(diào)節(jié)，而不是纖維素，”大谷繼續(xù)說道。
考慮到生物工程植物能夠以更高的效率生產(chǎn)資源或承受極端氣候變化的持續(xù)努力，Demura指出，闡明二次細(xì)胞壁等基本植物結(jié)構(gòu)如何發(fā)展的機(jī)制將有助于科學(xué)家實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)。
“確定纖維素、半纖維素和木聚糖的獨(dú)立性意味著我們可以在不改變植物中另一種的情況下對其進(jìn)行修飾，”他說。
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