植物细胞壁形成机制的新进展.PDF

中国科学: 生命科学 2015 年 第45 卷 第6 期: 544 ~ 556 《中国科学 》杂志社 SCIENTIA SINICA Vitae SCIENCE CHINA PRESS 评 述 中国知名大学与研究所专栏 中国科学院遗传与发育生物学研究所专题 植物细胞壁形成机制的新进展 张保才, 周奕华* 中国科学院遗传与发育生物学研究所, 基因组生物学研究中心, 北京 100101 * 联系人, E-mail: yhzhou@ 收稿日期: 2015-03-05; 接受日期: 2015-04-15; 网络版发表日期: 2015-05-25 国家自然科学基金(批准号:和转基因生物新品种培育科技重大专项(批准号: 2011ZX08009-003)资助项目 doi: 10.1360/N052015-00076 摘要 细胞壁是植物细胞重要的特征结构, 也是地球上最大的可再生碳水化合物资源库. 随 关键词 着近20 多年研究技术的发展和多学科交叉手段的应用, 植物细胞壁的形成机理得到了很大程度 细胞壁 纤维素 的揭示, 勾画出了细胞壁合成、物质转运、形成调控、沉积重构等基本的代谢框架, 涉及从胞内 半纤维素 到胞外一系列的合成、转运和调控途径. 本文概述了近年来细胞壁形成机理研究的热点问题和 果胶质 最新进展, 包括对细胞壁结构和成分的新认识, 纤维素合成场所(细胞质膜)和非纤维素多糖合 木质素 成场所(高尔基体) 中关键蛋白的挖掘及作用机制的新发现, 细胞壁物质膜泡转运与细胞骨架的 细胞骨架 关系, 以及细胞壁形成信号与转录调控网络的新进展. 这些发现不仅使人们对细胞壁的合成机 理有了更深入的认识, 也为细胞壁经济价值的开发与利用奠定了重要的理论基础. 同时本文还 对该领域未来可能的热点和研究方向进行了展望. 细胞壁(cell wall)是植物细胞区别于动物细胞的 境的适应性等. 特征性结构之一, 也是最早被观察到的植物细胞结 植物细胞壁是地球上最丰富的可再生资源, 为 构. 早在 1665 年英国科学家Robert Hooke 用自己设 推动人类文明进步发展做出了不可磨灭的贡献. 我 计的显微镜第一次观察了植物细胞的构造, 并首次 国古代四大发明之一的造纸术就是人们开发、利用植 称他所看到的类似蜂巢的小室为细胞(cell). 实际上 物木质纤维素价值的创举. 棉麻纤维很早就被用于 他观察到的只是细胞壁, 从此开启了探索植物细胞 纺织等. 然而细胞壁对人类的贡献不仅限于此, 人们 结构与功能奥秘的大门. 然而, 在很长一段时间内, 赖以生存的食物、日常用品、建筑材料和工业原料等 人们认为细胞壁是一成不变的“死盒子”. 但科学的 很多都来源于植物细胞壁. 尤其在能源日渐紧缺的 发展使人们逐渐认识到植物细胞壁是一个高度动态 今天, 细胞壁具有可以被转化为安全、清洁的可再生 变化的复杂网络结构, 其结构与功能高度适应. 对植 能源的潜力, 成为炙手可热的生物质资源. 物体而言, 细胞壁与植物生长发育的众多过程密切 然而植物细胞壁却是被了解最少的细胞结构, 相关, 不仅