拟南芥MUR3基因通过影响木葡聚糖结构参与细胞伸长的分子机制研究

The cell wall load-bearing network that composed mainly of cellulose and xyloglucan controlled the cell elongation and expansion, which require accurate coordination of many factors， but the underlying mechanism is still unknown. Our preliminary results on mur3 null mutants and its suppressor showed that the glycosylation percentage in the xyloglucan play key roles during cell elongation. Base on these results, different mur3 mutants, including different mutation combinations and overexpression of XLT2 (another galactose transferase gene), was or will be generated to clarify the relationship between galactosylation of xyloglucan and endomembrane aggregation, cell elongation. Analysis of differential expression profile will also be done on the series of mur3 mutants generated to explore the gene network that sense the cell wall xyloglucan changes .

植物细胞的伸长和扩张是一个高度协调的复杂过程，该过程受细胞壁中纤维素、木葡聚糖等多糖组成的网状承载结构所控制。但对于这些多糖组分及结构如何影响细胞伸长的内在机制仍不清楚。我们对木葡聚糖半乳糖基转移酶基因MUR3无义突变体及其抑制子的初步研究证明细胞壁中木葡聚糖的半乳糖基化程度对于植物细胞的伸长及植物的正常生长发育起着关键性的作用。本项目将在此研究基础上，充分利用不同突变体组合及过表达另外一个半乳糖基转移酶XLT2等手段来来调控mur3系列突变体内木葡聚糖的半乳糖基化程度，阐明细胞壁中木葡聚糖半乳糖基化程度与植物细胞伸长、内膜系统组装之间的关系，解析木葡聚糖结构变化影响植物生长发育的内在机制,并通过对mur3系列突变体的基因表达谱分析解析植物细胞感应胞外细胞壁中木葡聚糖结构变化的分子应答网络。

植物细胞壁是构成植物细胞的基本结构之一，在植物的生长发育过程中起着非常重要的作用。植物初生细胞壁主要由纤维素、半纤维素、果胶以及一些结构蛋白和离子组成。在I型细胞壁中，木葡聚糖是半纤维素的主要构成成分。木葡聚糖是半纤维素的主要构成成分。MUR3基因编码一个半乳糖基转移酶，参与木葡聚糖的生物合成过程。MUR3基因发生突变后，植株表现出明显的生长缺陷。本研究发现在mur3-3背景下敲除木糖基转移酶基因XXT2（xxt2mur3-3）、XXT5（xxt5 mur3-3）、XXT1&XXT2（xxt1 xxt2 mur3-3）或是过表达另外一个半乳糖基转移酶基因XLT2（35Spro:XLT2:mur3-3），mur3-3的“卷心菜”表型能够得到回复。以上述5个突变体为研究对象，对其下胚轴进行高通量转录组测序挖掘影响细胞伸长的基因；通过对部分基因进行过表达，观察其对mur3表型的回复情况，阐明了木葡聚糖结构变化调节细胞伸长的机理，为探明植物中感应及合成木葡聚糖的分子机制奠定重要的理论基础。本研究取得的主要结果如下：.(1) 阐明了mur3 无义突变体（mur3-3 和mur3-7）叶子卷曲、细胞伸长受抑制和内膜系统紊乱的原因都是由于其木葡聚糖半乳糖基化程度低于一定阈值所引起的。.（2）揭示了mur3的表型与温度相关，高温可以回复mur3的表型,然而木葡聚糖的组成和结构并没有变化；.（3）通过对WT、mur3-3、xxt2mur3-3、xxt5mur3-3、xxt1xxt2mur3-3和35Spro:XLT2:mur3-3下胚轴的转录组测序共鉴定到了550个差异表达基因，其中包括细胞壁合成/修饰相关基因、转录因子、 植物激素相关基因、蛋白激酶基因以及水道蛋白，这些基因在mur3-3中几乎全部下调。.（4）在mur3-3背景下过表达基因XTH4、XTH30、PME3、EXPA11、MYB88、ROT3、AT5G37790、WAG2以及TIP2;3能够部分回复mur3-3下胚轴长度，但是过表达IAA6和IAA17两个基因却能使mur3-3的下胚轴变得更短。. 目前已完成项目预期各项研究指标，申请人作为通讯作者在Plant Physiology等杂志发表了论文11篇，其中SCI 论文8篇，培养了2 名博士研究生、2 名硕士研究生、2 名博士后和2名中青年科研骨干。