COBL蛋白在植物细胞壁微纤丝沉积过程中的作用研究

细胞壁不仅与植物体的生长发育密切相关，而且组成细胞壁的主要成分-纤维素是世界上最重要的植物生物质资源之一。长期以来纤维素的生物合成及其与细胞骨架的相互作用乃至细胞壁的构建等问题一直是人们研究的热点，但是目前相关机理仍不十分清楚。COBL蛋白是具有多种重要功能的GPI锚定蛋白，在调节纤维素的合成、微纤丝的排列和沉积方面起十分关键的作用。目前对于COBL蛋白在植物细胞中的功能研究刚刚起步。本项目拟以拟南芥为材料，克隆COBL蛋白基因，分别构建融合表达载体和RNAi载体，研究其在植物中表达的特异性，阐明其编码基因及表达调控模式；通过场发射扫描电镜、傅里叶红外光谱分析和荧光标记等技术，对它们在纤维素合成、微纤丝的沉积与排列以及与细胞骨架的关系等方面进行系统研究，研究结果将为进一步阐明植物细胞壁的形成机理提供理论依据。

细胞壁是植物细胞的特有结构，与植物体的生长发育密切相关，而组成细胞壁的主要成分纤维素则是世界上最重要的植物生物质资源之一。长期以来，纤维素的生物合成及其与细胞骨架的相互作用乃至细胞壁的构建等问题一直是人们研究的热点。研究表明纤维素的生物合成需要众多的酶和蛋白的参与，其中涉及到的COBL蛋白是一种具有重要功能的GPI锚定蛋白，在调节纤维素的合成、微纤丝的排列和沉积方面起着十分关键的作用，但是目前对于COBL蛋白在纤维素的合成和细胞壁的构建过程中的具体功能并不十分清楚。本项目以模式植物拟南芥为材料，通过激光共聚焦显微镜、透射电镜以及单分子分析技术对纤维素在拟南芥幼苗生长过程中的作用进行了系统的分析。用纤维素合成抑制剂DCB处理拟南芥幼苗，发现幼苗生长受到抑制，根变短并发生膨大，根毛数目增加；细胞骨架的排列也发生明显变化；细胞壁中纤维素含量降低，微纤丝的排列发生异常。此外，我们对COBL7和COBL8蛋白进行了亚细胞定位，发现两者在拟南芥叶片、下胚轴以及根中都有表达，但是在叶片中的荧光较强；通过完善和优化单分子分析技术，我们深入分析了包括COBL蛋白、AtrbohD蛋白以及GFP-LTi6a在内的一系列膜蛋白在细胞膜上的分布及运动模式，发现同AtrbohD蛋白一样，COBL7和COBL8蛋白在细胞膜上也呈点状动态分布，DCB、细胞骨架和内吞途径的抑制剂都会影响其在膜上的运动。由此推测DCB可能通过影响细胞中细胞骨架的排列，进而影响高尔基体的形态及运动、囊泡的正常转运以及纤维素合成相关蛋白的运动，达到抑制纤维素合成和细胞壁形成的目的，但是也不排除细胞壁对细胞骨架的反向调节作用。这些结果都说明纤维素合成的正常进行对于植物的正常生长及形态维持具有非常重要的作用，也为进一步阐明植物细胞壁的形成机理提供了一定的理论依据。