植物细胞:揭示植物细胞壁中果胶多糖合成的新机制

来源：青岛能源学院2022-02-18 08:03

果胶多糖作为植物细胞壁的重要组成部分，不仅在植物生长发育、信号转导和防御反应等生理过程中发挥重要作用，而且与植物生物量和纤维生物量的酶解转化效率密切相关。由于果胶的组成和结构极其复杂，长期以来没有理想的研究体系，果胶代谢调控的研究进展缓慢。尽管之前已经鉴定了许多参与果胶合成的关键基因，但是果胶合成的转录调控机制仍然不清楚。MUM4和GATL5

树胶多糖是植物细胞壁的重要组成部分，不仅在植物生长发育、信号转导和防御反应等生理过程中发挥重要作用，而且与植物生物量和纤维的酶转化效率密切相关。由于果胶的组成和结构极其复杂，长期以来没有理想的研究体系，果胶代谢调控的研究进展缓慢。尽管之前已经鉴定了许多参与果胶合成的关键基因，但是果胶合成的转录调控机制仍然不清楚。

MUM4和GATL5是已知的果胶合酶基因。研究表明，MUM4和GATL5的表达受许多转录因子的调节，包括同源盒转录因子GL2和WRKY转录因子TTG2。但这些转录因子与果胶合成酶基因之间是否存在直接的转录调控关系还有待分析。

最近，中国科学院青岛生物能源与过程研究所能源植物改良与利用研究组的李研究员发表了一篇名为《一个de1结合因子1-Glabra 2模块调控拟南芥鼠李糖多糖I在植物细胞上的生物合成》的论文。种皮粘液研究论文，解释了转录因子DF1和GL2通过相互作用共同激活果胶合成酶基因MUM4和GATL5表达的分子机制，深入分析了包括DF1、GL2和TTG2在内的果胶合成转录调控网络。

发现Trihelix家族转录因子DF1的缺失突变导致果胶多糖RG-I的合成显著减少，蛋白质相互作用分析表明DF1与GL2相互作用。Df1 gl2双突变体比单突变体显示更严重的RG-I合成缺陷表型。基因表达分析显示DF1和GL2共同调控MUM4和GATL5的表达。奇普、EMSA、Y1H等实验表明，DF1直接结合MUM4启动子中的GT3盒元件，GL2直接结合MUM4和GATL5启动子中的L1盒元件。通过一系列转录调控分析和突变体背景的芯片分析，研究分析了DF1和GL2共同调控MUM4和GATL5表达的分子机制：DF1和MUM4启动子中GT3盒的结合依赖于GL2和L1盒的结合，DF1可以促进GL2的转录激活活性；类似地，虽然在GATL5启动子中没有DF1的结合位点，但DF1通过与GL2相互作用结合GATL5启动子，并增强GL2对GATL5的转录激活。

还发现DF1和GL2的表达受TTG2直接调控，TTG 2通过结合DF1和GL2启动子中的W盒元件抑制DF1的表达，激活GL2的表达。此外，DF1还能直接抑制TTG2的表达。因此，在转录水平上，DF1和TTG2之间存在负反馈环路。

该研究系统深入分析了RG-I合成果胶多糖的精细调控机制，从而构建了RG-I合成的转录调控网络，为植物果胶多糖的定向调控研究提供了理论支持。(100yiyao.com)

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