木質(zhì)部細胞中不同聚合物的模式。
動植物有許多特征，其中之一就是細胞壁。在植物中，這種結(jié)構(gòu)就像一個骨架，提供支撐和穩(wěn)定性，也像肌肉一樣，它將水從地面轉(zhuǎn)移到最高的樹葉和樹枝上。負責水分運輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)是次生細胞壁，NAIST多久德斯塔教授一直在研究它，因為它是由木質(zhì)部組成的。
“木質(zhì)部是陸生植物生物量的重要資源。木質(zhì)部細胞分化的變化對于改善植物生物量資源的策略非常重要。
二級細胞壁由三種聚合物組成，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。在一項可以在植物細胞中讀取的新研究中，Densta的實驗室發(fā)現(xiàn)木質(zhì)部細胞突變體中的這三種聚合物有助于相互獨立地形成次生細胞壁，從而挑戰(zhàn)了當代的植物生長模型。
纖維素和半纖維素之間的相互作用對于賦予細胞壁強度和彈性以向上推動水非常重要。與木質(zhì)素的相互作用增加了疏水性，從而為推進提供了電荷。20世紀80年代初的研究使科學家認為，次生細胞壁的形成發(fā)生在連續(xù)的事件中，從細胞表面的纖維素合成開始，然后半纖維素沉積與纖維素結(jié)合，最后木質(zhì)素遷移和聚合。
這些相互作用導致木質(zhì)部細胞中三種聚合物的明顯空間模式。然而，由Demura Laboratory(科學家經(jīng)常用來研究植物生長的一種小型植物)制造的擬南芥突變體中的木質(zhì)部細胞顯示出一種空間模式，即在不破壞半纖維素或木質(zhì)素的情況下，纖維素合成被破壞。
“我們突變了纖維素合成酶基因CESA7。這種突變阻止了纖維素的形成。盡管缺乏模式化的纖維素沉積，但我們已經(jīng)看到了半纖維素和木質(zhì)素的模式化沉積，”參與該項目的Misato Ohtani博士解釋道。
其他研究表明，這種持續(xù)的模式可能歸因于微管，這種分子幾乎在包括人類在內(nèi)的所有生命中都可以看到，并且負責在細胞中運輸物質(zhì)。
“我們可以破壞半纖維素和木質(zhì)素的模式，當我們破壞藥物的微管時，這表明在二次細胞壁的形成過程中，半纖維素和木質(zhì)素受到微管的調(diào)節(jié)，而不是纖維素，”大谷繼續(xù)說道。
考慮到生物工程植物能夠以更高的效率生產(chǎn)資源或承受極端氣候變化的持續(xù)努力，Demura指出，闡明二次細胞壁等基本植物結(jié)構(gòu)如何發(fā)展的機制將有助于科學家實現(xiàn)這些目標。
“確定纖維素、半纖維素和木聚糖的獨立性意味著我們可以在不改變植物中另一種的情況下對其進行修飾，”他說。
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