四川大学肖朝文课题组与合作者揭示细胞壁果胶与纤维素生物大分子的作用机制

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果胶、纤维素和半纤维素是植物初生细胞壁的主要成分，这些多糖通过分子相互作用形成复杂的细胞壁结构，在细胞生长和器官形态建成中发挥重要作用。因此，了解这些碳水化合物的结构和相互作用对于研究细胞壁结构形成，并利用这些自然资源开发生产生物燃料和生物材料至关重要。

近日，四川大学生命科学学院肖朝文课题组联合美国路易斯安那州立大学和美国宾夕法尼亚州立大学研究人员在Carbohydrate Polymers杂志发表了题为A Pectin Methyltransferase Modulates Polysaccharide Dynamics and Interactions in Arabidopsis Primary Cell Walls: Evidence from Solid-State NMR的研究论文，通过 13 C标记和固态核磁共振技术深入解析了细胞壁果胶和纤维素在分子水平上的相互作用，为阐释细胞壁结构形成和细胞壁完整性调控植物生长发育提供了新的证据。

肖朝文课题组一直从事植物细胞壁合成代谢研究，重点解析果胶如何调控细胞壁的结构形成和植物器官形态建成 （Xiao et al., Plant Cell, 2014; Xiao et al., Plant Physiology, 2016; Xiao et., Plant Journal, 2017；Yue et al., Plant Cell, 2017; Du et al., Plant Cell, 2020） 。肖朝文实验室通过前期的研究，已经证实QUASIMODO2 （QUA2） 蛋白的果胶甲基转移酶活性，QUA2蛋白是果胶合成必须的果胶甲基转移酶。QUA2基因的缺失不但抑制果胶的合成，也抑制纤维素的合成和积累。

该研究利用固态核磁共振技术，在 13 C标记的细胞壁拟南芥中研究了纤维素和果胶的相互作用。通过1D- 13 C和2D- 13 C- 13 C实验，在两个果胶甲基转移酶等位基因突变体qua2和tsd2中检测到一个高度分支的阿拉伯多糖结构，同时两个突变体显示了纤维素与果胶多聚半乳糖醛酸和鼠李糖醛酸-I主链分子之间的紧密结合，突变体中的聚合物变得无序，动力学增强，但由于果胶-纤维素紧密结合，运动振幅受限。这些数据揭示了这两个果胶突变体的聚合物结构，有助于阐明果胶如何在纳米尺度上影响细胞壁结构、细胞壁力学和植物生长。

综上所述，高分辨固态核磁共振技术是研究植物细胞壁各组分间相互作用的有利手段。这些研究结果进一步揭示了果胶甲基转移酶的分子功能，果胶与纤维素相互作用的分子机制，细胞壁完整性在维持植物细胞正常生长的重要作用。

四川大学生命科学学院肖朝文研究员和美国路易斯安那州立大学王拓教授为论文共同通讯作者。美国路易斯安那州立大学的Alex Kirui博士为第一作者，四川大学生命科学学院杜娟副研究员参与重要工作。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861721007578?via%3Dihub