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中国生物工程杂志 2022年第8期42卷 99-108页

作者：熊媛任襄襄朱慧任昕宜潘子阳苏涛南京林业大学生物与环境学院南方现代林业协同创新中心南京210037

细胞壁是一种复杂的动态网络结构,在植物生长发育、胁迫应答和免疫抗性过程中起着重要的调控和防御作用。果胶(pectin)是细胞初生壁结构中多糖的主要成分之一;其中,同型半乳糖醛酸聚糖(HG)是果胶多糖组分中含量最丰富的线性聚合物。HG... 详细信息

细胞壁是一种复杂的动态网络结构,在植物生长发育、胁迫应答和免疫抗性过程中起着重要的调控和防御作用。果胶(pectin)是细胞初生壁结构中多糖的主要成分之一;其中,同型半乳糖醛酸聚糖(HG)是果胶多糖组分中含量最丰富的线性聚合物。HG的甲基酯化程度变化会导致其酶解形成凝胶,从而影响果胶结构的稳定性。果胶甲酯酶抑制蛋白(PMEIs)通过翻译后机制调控果胶甲酯酶(PMEs)活性,微调果胶多糖甲酯化修饰平衡后,维持细胞壁的完整性和生物力学特性。研究发现,PMEI-PME互作调控果胶甲酯化修饰的稳态是决定细胞黏附、细胞壁硬度和弹性以及器官形态发生的关键因素,同时也是细胞壁应对逆境、释放抗性信号和免疫防御的分子模式。主要对PMEIs在调节植物器官发育过程和应对不同胁迫因子发挥的抗逆功能及调控机制等最新研究进展作出综述。鉴于PMEIs在木本植物中的体内生理活性和调控机制仍有待探索,可为后续填补该领域的研究空白提供理论依据和策略参考。

关键词：细胞壁果胶果胶甲酯酶抑制蛋白同型半乳糖醛酸聚糖甲酯化修饰免疫防御

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GBF4转录因子调控种皮粘液质中果胶质去甲酯化修饰的分子机制

GBF4转录因子调控种皮粘液质中果胶质去甲酯化修饰的分子机制

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作者：郭帅强青岛农业大学

学位级别：硕士

植物细胞壁是一种天然的纳米级网络结构,主要由多糖聚合物构成。细胞壁作为植物细胞重要的一部分,除了维持细胞大小形状、支撑细胞等基本功能外,与其他部分共同作用,使细胞能够在不同的器官和不同的发育阶段发挥作用。种皮粘液质中果胶... 详细信息

植物细胞壁是一种天然的纳米级网络结构,主要由多糖聚合物构成。细胞壁作为植物细胞重要的一部分,除了维持细胞大小形状、支撑细胞等基本功能外,与其他部分共同作用,使细胞能够在不同的器官和不同的发育阶段发挥作用。种皮粘液质中果胶质多糖的去甲酯化修饰会影响植物的授粉、有性生殖、茎的机械强度、抗病等多个方面。因此,研究种皮粘液质的去甲酯化修饰的分子机制具有重要意义。本研究在前期发现b-ZIP转录因子家族GBF4(G-box binding factor 4),在种子粘液质合成关键时期表达量较高,表明GBF4可能参与种皮粘液质的合成与修饰。本研究通过对GBF4的表达模式及基因功能分析,表明GBF4参与种皮粘液质的去甲酯化修饰,并通过凝胶迁移实验(EMSA)、转录激活抑制、Ch IP-q PCR生化试验以及遗传试验结果分析证明GBF4可以在体内通过直接调控PMEI16、PME1、PME59的表达来调控种皮粘液质的去甲酯化修饰,取得的主要结果如下:(1)q RT-PCR、GUS染色和原位杂交试验结果分析表明GBF4在10 DPA的表达量最高;种子GUS染色在4 DPA、10 DAP大量表达,且10 DPA表达远大于4 DPA;GBF4在10 DPA和13 DPA的种子最外层表皮细胞有表达。上述结果说明GBF4在种皮细胞中大量表达,且在后期表达量比较高,可能参与粘液质多糖的修饰。(2)通过钌红染色分析,在200 rpm震荡2 h后,gbf4种皮突变体粘液质变薄,进一步通过水提粘液质单糖HPLC结果分析,单糖组分及总量没有变化,只是gbf4突变体内外层多糖的分配发生了改变,而并不影响种皮粘液质的合成。进一步说明GBF4参与种皮粘液质多糖的修饰。(3)DM程度、免疫组化等试验结果分析表明与野生型相比,gbf4突变体PME活性升高,DM程度降低,JIM5标记的低甲酯化程度的HG以及JIM7标记的高甲酯化的HG都降低,CCRC-M38标记的未甲酯化HG含量升高。上述结果说明GBF4参与粘液质多糖的去甲酯化修饰。(4)通过RNA-seq结果分析,发现了32与细胞壁相关的基因在gbf4中表达有显著变化,其中有9个基因与甲酯化修饰相关。基因序列分析发现这9个基因启动子和基因组上都有GBF4的结合位点。(5)EMSA、转录激活抑制、Ch IP-q PCR生化实验以及遗传试验结果分析证明GBF4可以在体内通过直接调控PMEI16、PME1、PME59的表达来调控种皮粘液质的去甲酯化修饰。(6)玉米中GBF4的同源基因Zmb ZIP95和Zmb ZIP44可互补gbf4的表型,证明该转录因子在不同植物中的功能是保守的。

关键词：种皮粘液质去甲酯化修饰同型半乳糖醛酸聚糖 GBF4 转录调控

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