遺傳發育所細胞壁合成底物運送的分子機理研究獲重要進展

　　細胞壁是由纖維素、半纖維素和果膠構成的復雜多糖網絡結構，也是植物膨壓驅動細胞生長的物質基礎。水稻細胞壁研究對于抗倒伏和水稻植株形態等農藝性狀的改良具有重要意義。植物細胞壁多糖除纖維素在質膜上合成外，其他多糖主要在高爾基體內合成。而所需底物、各種核苷糖分子（nucleotide sugar）卻主要在細胞質中合成，需要通過核苷糖轉運子跨膜運輸到高爾基體內，參與多糖合成。研究證明，底物合成的缺陷可以影響細胞壁的合成，因此人們推測核苷糖轉運子對細胞壁合成有重要影響。然而，這一假設由于缺乏遺傳學證據，一直存在很大的爭議。

　　在最新研究中，中科院遺傳與發育生物學研究所周奕華課題組通過鑒定一個新的水稻脆稈突變體bc14發現，其野生型基因編碼高爾基體定位的尿苷二磷酸-葡萄糖（UDP-Glucose）轉運子參與細胞壁多糖合成。對bc14突變體的詳細表型分析發現，基因突變引起次生壁結構異常和纖維素含量下降，導致機械強度顯著下降和生長發育缺陷。基因克隆和互補實驗發現，突變表型是由核苷酸糖轉運子(Oryza sativa Nucleotide Sugar Transporter1)基因的錯義突變引起。水稻原生質體表達BC14/OsNST1融合熒光蛋白載體發現該蛋白定位于高爾基體中。體外酶活實驗證明，該轉運子具有尿苷二磷酸-葡萄糖的轉運活性。細胞壁成分的詳細分析證實，突變體基質多糖中葡萄糖含量明顯下降。

　　本研究證實了高爾基體定位的核苷糖轉運子在細胞壁多糖合成中的重要作用，為解析細胞壁生物合成的生化和生物學機制提供了關鍵的證據，解決了該領域中一個長期懸而未決的重要問題。

　　這項工作已于3月7日在美國《國家科學院院刊》（PNAS）上在線發表（DOI:/10.1073/pnas.1016144108）。周奕華課題組張保才、劉香玲和中國農科院水稻所錢前研究員為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家轉基因專項和中科院知識創新方向性項目的資助。