植物细胞中纤维素合成酶的内吞及其调节机制

As the major component of cell wall, cellulose is one of the world's most important plant biomass resources, therefore the biosynthesis mechanism of cellulose has been the focus of attention. Cellulose is synthesized by the plasma membrane-located cellulose synthase complex, which activity and function are regulated by endocytosis. However, the relevant mechanism is not very clear. In this project, we will use the variable-angle total internal reflection fluorescence microscopy, field emission scanning electron microscopy and fluorescence cross-correlation spectroscopy technique to analyze the endocytosis of cellulose synthase and the dynamic characters at the plasma membrane in Arabidopsis thaliana. In addition, the regulation mechanism of sterol and cytoskeleton on the endocytosis of cellulose synthase will be investigated. The results will provide new experimental evidence and theoretical basis for further elucidating the synthesis mechanism of cellulose in plant cells.

纤维素作为细胞壁的主要组成成分，是世界上最重要的植物生物质资源之一，因此纤维素的生物合成机理一直是人们关注的焦点。纤维素的合成是由位于细胞膜上的纤维素合成酶复合体来完成，而该酶复合体的活性和功能受到胞吞作用的调控，目前对于植物细胞中纤维素合成酶的内吞研究刚刚起步，相关机理并不十分清楚。本项目拟以拟南芥为材料，利用可变角度的全内反射荧光显微镜、场发射扫描电镜以及荧光交叉相关光谱等技术，对纤维素合成酶在植物细胞内的内吞过程以及细胞膜上的动力学特征进行分析，并对固醇和细胞骨架的调控作用进行系统研究。研究结果将为进一步阐明植物纤维素的合成机理提供新的实验证据和理论依据。

细胞壁作为植物细胞的支撑及防御屏障，在植物信号传导、植物生长发育和抗逆过程中发挥着重要作用。而纤维素是细胞壁的重要组成成分，也是人类生活所必需的最重要的植物生物质资源之一。纤维素作为地球上最古老的可再生天然高分子原料，在很多高新技术领域都发挥着重要作用，因此关于纤维素的生物合成机制一直是人们研究的热点。在植物细胞中，纤维素的合成过程十分复杂，主要是由定位于细胞膜上的纤维素合成酶复合体来完成，而该酶复合体的活性和功能又会受到其他因素的调控，包括转录翻译、囊泡转运、细胞骨架以及外界环境等因素的调控，因此迄今为止对于植物细胞中纤维素的合成机制并不十分清楚。本项目中利用激光共聚焦显微镜和可变角度的全内反射荧光显微镜等技术，对纤维素合成酶在植物细胞内的分布、内吞过程以及细胞膜上的动力学特征进行了深入分析，并对固醇和细胞骨架的调控作用进行了系统研究。结果表明，纤维素合成酶在细胞中主要定位于细胞膜上，其内吞方式主要依赖于网格蛋白介导的内吞途径。同时，纤维素合成酶在细胞膜上的分布和运动受脂筏和细胞骨架的调控，当脂筏和细胞骨架遭到破坏后，纤维素合成酶的扩散速度发生明显变化。另外，纤维素合成酶在植物中具有一定的保守性，并存在相似的调控网络及机理。这些研究结果为进一步阐明植物纤维素及细胞壁的合成机理提供新的实验证据，同时也为工业及农业生产提供一定的理论依据。