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中國科學院植物所發現植物表皮蠟質合成新機制

2019-11-11  來源:中國科學院網站  閱讀次數: 
 

  植物表皮蠟質對于減少水分蒸騰、提高耐旱性、減弱紫外光傷害以及抵抗病蟲害等具有重要作用。蠟質主要由超長鏈脂肪酸及其衍生物(醛、醇、烷烴、酮和酯類等)組成。超長鏈脂肪酸分別進入酰基還原途徑生成偶數碳鏈的伯醇和酯類,脫羰途徑生成偶數碳鏈的醛和奇數碳鏈的烷烴。在擬南芥莖表皮中烷烴進一步轉化為仲醇和酮,而水稻等單子葉植物的葉表皮蠟質中卻不含仲醇和酮。因此,烷烴被認為是單子葉植物脫羰途徑的最終產物。與此同時,奇數碳鏈伯醇是蠟質的組成成分,但其合成途徑尚不清晰。

  中國科學院植物研究所曲樂慶課題組從水稻MNU誘變突變體庫中篩選獲得一個葉片呈沾水表型的wax crystal-sparse leaf 5(wsl5)突變體。突變體葉片表皮蠟質中烷烴異常累積,而C29伯醇含量顯著降低。通過圖位克隆的方法,分離出控制該性狀的WSL5基因,編碼一個功能未知的細胞色素P450家族蛋白CYP96B5。研究發現,CYP96B5定位于內質網,其過量表達的轉基因水稻葉表皮蠟質中烷烴含量顯著降低,C29伯醇含量增加;而功能敲除突變體則呈相反表型。進一步研究發現,WSL5/CYP96B5以烷烴為底物催化產生伯醇。異源表達的WSL5與擬南芥內源烷烴鏈中羥化酶MAH1共同競爭烷烴底物,導致前者產物C29伯醇含量增加,后者產物仲醇和酮含量降低。WSL5與飽和烷烴共同注射煙草葉片試驗進一步證明其功能。該研究首次在植物中發現烷烴末端羥化酶,闡明植物中超長奇數碳鏈伯醇合成的機理。

  該研究結果在線發表于國際學術期刊New Phytologist。曲樂慶課題組已畢業博士研究生張犢為論文的第一作者,曲樂慶為通訊作者。該研究得到國家科技部重點研發計劃和自然科學基金委項目的資助。

中國科學院植物所發現植物表皮蠟質合成新機制

水稻蠟質合成途徑

 

 

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