棉花AGP-半乳糖基转移酶的酶学特性及其在纤维发育中的功能研究

Arabinogalactan proteins(AGPs) are among the most highly glycosylated proteins in nature.Polysaccharide side chains account for 90% of their molecular weights which means glycans generally define the interactive molecular surface of AGPs and their function.However,precise roles of AGP glycosylation remain elusive and little is known about specific glycosyltransferases involved in the process.The cotton fiber represents an excellent model to study plant cell elongation and cell wall biogenesis.Based on our previous studies,three genes encoding galactosyltransferases which initiate synthesis of the polysaccharide side chains of AGPs（AGP-GalTs）were isolated.All the three genes are fiber developmental stage regulated.In this study,to elucidate the roles of AGP-GalTs which play in the synthesis of polysaccharide side chains,the AGP-GalT genes will be expressed in Pichia and tobacco BY-2 cells, the produced GalTs will be tested for AGP-GalT activity with the in vitro enzyme assay.Reaction products from these assays will be biochemically characterized.In order to understand the contribution of polysaccharide side chains to AGPs function and the roles of AGP-GalTs which play during the fiber development,genetic methods of overexpression and RNAi will be employed and T-DNA mutants of homologous genes in Arabidopsis will also be characterized.

AGPs (Arabinogalactan Proteins)是一类糖基化程度最高的细胞壁蛋白，含有不到10%分子量的蛋白质主链，而多糖侧链占了分子量的90%以上，这意味着多糖侧链可能在AGP功能及其分子间相互作用上发挥重要作用，但关于AGPs多糖侧链生物合成的酶学却知之甚少，多糖侧链在AGPs功能发挥中的实际作用也未知。我们在前期工作中分离克隆了三个棉纤维发育相关的AGP特异的将第一个半乳糖转移到蛋白质主链羟脯氨酸残基上进而起始多糖侧链合成的半乳糖基转移酶 (AGP-GalTs)，本项目拟通过蛋白表达、酶活与酶反应产物分析，蛋白质相互作用分析研究AGP-GalTs在多糖侧链合成中的作用，利用overexpression和RNAi技术，结合拟南芥同源基因突变体的分析，揭示多糖侧链在AGP功能发挥中的贡献及AGP-GalTs在棉纤维发育中的生物学意义。

阿拉伯半乳聚糖蛋白(AGPs)是一类高度糖基化的蛋白质，在植物生长和发育的不同方面发挥关键的作用。II型AG糖苷，主要O-链接到AGP蛋白质主链的羟脯氨酸上，占据了AGPs分子量的95%以上，因此，AG糖苷决定了AGPs与其他分子间的相互作用表面进而影响AGPs的功能，但多糖侧链在AGPs功能发挥中到底起多大的作用还很不清楚。棉纤维是种子表皮细胞分化的高度伸长的单细胞，目前，纤维细胞发育的分子调控机制也未知。本项目研究了一个属于糖基转移酶31家族的一个成员GhGalT1在棉纤维发育中的功能。过表达GhGalT1的转基因棉纤维的长度比野生型短，但GhGalT1-RNAi的转基因棉纤维长度显著增长，纤维品质也发生了变化。AG糖苷在转基因棉纤维中发生了改变，AG糖苷的半乳糖/阿拉伯糖的比值在过表达株系纤维中增高，而在GhGalT1-RNAi的纤维中降低，与野生型相比，除了AG中单糖组分发生改变外，整个细胞壁单糖组分也发生了改变。过表达GhGAlT1上调了大量细胞壁合成和修饰相关的基因，特别是fasciclin-like AGP(FLA, AGPs的一个亚类）基因。酶活分析结果显示GhGalT1是一个新的参与AGP II型AG糖苷的 β-1,3-糖苷主链的β-1,3-galactosyltransferase (β-1,3-GalT)，GhGalT1能形成同源二聚体，还可以与其他GhGalTs形成异源二聚体一起来进行AG糖苷装配和调控酶活性。我们的研究结果显示GhGalT1通过控制AGP特别是FLA的糖基化来调节纤维发育。