陕西
植物细胞壁是由多糖等多聚物构成的天然复杂微纳米网络，其多聚物异质性沉积形成了多样化功能结构，赋予细胞壁在细胞塑形、机械支撑、抗病耐逆和信号转导等方面的关键生物学功能。因此，植物如何组装细胞壁功能结构是植物科学及作物性状形成与驯化的基础问题。近二十多年来，随着大量参与细胞壁合成、修饰、重塑及感知的关键基因的功能得到解析，以及核磁共振波谱和原子力显微镜等先进技术的应用，纳米级细胞壁网络结构及聚合物相互作用得以揭示，推动了细胞壁生物学领域相关理论的创新与分子改良应用场景的拓展。
2025年4月24日，中国科学院遗传与发育生物学研究所周奕华研究员和张保才研究员团队在Journal of Genetics and Genomics在线发表题为“
New insights into plant cell wall functions”的综述论文。该综述系统论述了果胶介导细胞生长纤维素与半纤维素调控植物机械性能木质部导管细胞壁形成模式及物质运输性能调控等方面的研究进展总结了细胞壁在植物环境适应性和免疫应答中的功能并对未来利用植物细胞壁改造助力作物性状改良的机遇与挑战进行了探讨
该综述首先论述了近年来前沿技术应用对细胞壁生物学功能研究的重要推动作用，在此基础上阐述了细胞壁对植物细胞生长发育的调控作用，包括果胶多糖的合成与修饰、信号传导及机械感知介导的形态发生；总结了细胞壁组装与植物机械强度调控功能，包括纤维素纳米纤丝形成、半纤维素介导次生细胞壁组装、多层级转录调控及细胞骨架介导的细胞壁沉积等；在物质运输功能方面重点围绕木质部导管壁，阐述细胞壁异质性沉积模式形成机理及其调控木质部稳健性的生理效应；总结了细胞壁动态重塑及其完整性在维持离子稳态与植物环境韧性方面的新进展；概述植物细胞壁作为植物与病原菌交互的重要界面在植物免疫方面的新功能；最后提出当前细胞壁研究面临的机遇与挑战，展望了人工智能、单分子超分辨成像等前沿技术对全面解析细胞壁功能结构的推动作用，助力作物性状分子设计改良与生物质绿色利用。
次生细胞壁承重网络与植物机械强度调控
A：水稻植株示意图和茎秆节间纤维细胞横切图；B：水稻纤维素纳米纤丝排布与变异；C：上图为禾本科植物细胞壁结构模式图，下图为纤维素合成酶复合体结构模式图；D：次生细胞壁主要多糖生物合成示意图。
作者简介
中国科学院遗传与发育生物学研究所张兰军博士为第一作者，高成旭博士、高易宏博士、杨晗蕾博士、贾美茹博士和王晓红博士参与该综述的撰写工作。周奕华研究员和张保才研究员为共同通讯作者。相关工作得到国家重点研发计划、国家自然科学青年基金和中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队计划、中国科学院青年创新促进会等项目资助。
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