小麥胚芽鞘伸長(zhǎng)特性與細(xì)胞壁松弛效應(yīng)劑的研究.pdf

1、植物細(xì)胞長(zhǎng)大必須首先突破細(xì)胞壁的限制。雖然已有很多研究顯示expansin可能是控制細(xì)胞壁伸長(zhǎng)的關(guān)鍵因子，但expansin和各細(xì)胞壁水解酶與細(xì)胞壁伸長(zhǎng)之間的關(guān)系、expansin如何調(diào)控細(xì)胞壁伸長(zhǎng)以及Ⅱ型植物細(xì)胞壁中木聚糖酶與植物細(xì)胞壁伸長(zhǎng)的關(guān)系等等仍有待進(jìn)一步研究。本文主從小麥胚芽鞘伸長(zhǎng)特性以及expansin和細(xì)胞壁水解酶(尤其是木聚糖酶)與細(xì)胞壁伸長(zhǎng)相關(guān)性方面作了一些研究，具體如下： 禾本科植物胚芽鞘在伸長(zhǎng)過(guò)程中一直認(rèn)為

2、只有細(xì)胞伸長(zhǎng)沒(méi)有細(xì)胞分裂參與。我們首次在黃化小麥(TriticumaestivumL.)胚芽鞘中發(fā)現(xiàn)了正在分裂的細(xì)胞。這些分裂細(xì)胞散布于除頂部以外的1～7mm長(zhǎng)度胚芽鞘的各個(gè)區(qū)域，并且中部正在分裂的細(xì)胞最多，當(dāng)胚芽鞘長(zhǎng)度達(dá)到或超過(guò)9mm時(shí)細(xì)胞分裂消失。所以，黃化小麥胚芽鞘在1～7mm長(zhǎng)度時(shí)，細(xì)胞伸長(zhǎng)與細(xì)胞分裂共同參與胚芽鞘伸長(zhǎng)，但在長(zhǎng)度達(dá)到與超過(guò)9mm時(shí)胚芽鞘伸長(zhǎng)僅僅來(lái)自細(xì)胞伸長(zhǎng)。首次發(fā)現(xiàn)KCN可抑制細(xì)胞壁伸長(zhǎng)，且該抑制可能是通過(guò)抑制擴(kuò)

3、張蛋白(expansin)起作用；KCN抑制細(xì)胞壁伸長(zhǎng)具有pH依賴性，pH5.0時(shí)細(xì)胞壁伸長(zhǎng)對(duì)KCN更為敏感；發(fā)現(xiàn)KCN可抑制Cell2A的木葡聚糖(xyloglucan，XG)水解活性與重組細(xì)胞壁伸長(zhǎng)活性，且KCN對(duì)這兩種活性的抑制程度不一，表明Cell2A的細(xì)胞壁伸長(zhǎng)活性可能不是來(lái)自于其XG水解活性，Ⅰ型細(xì)胞壁伸長(zhǎng)的決定因子依然是α-expansin。通過(guò)CM-Sepharose與CM-300HPLC兩步層析過(guò)程從Trichoder

4、mareesei纖維素水解酶復(fù)合物CytolaseCL中分離純化得一可恢復(fù)滅活小麥胚芽鞘細(xì)胞壁伸長(zhǎng)的β-expansin相似(β-expansin-like)蛋白，蛋白測(cè)序與GenBank搜索結(jié)果顯示β-expansin-like蛋白可能是一新蛋白；該純化蛋白可以水解木聚糖與阿拉伯木聚糖。為探討木聚糖酶是否參與了植物細(xì)胞伸長(zhǎng)過(guò)程，我們研究了小麥糊粉層木聚糖酶和與小麥糊粉層木聚糖酶結(jié)構(gòu)相似并來(lái)源于T.reesei的木聚糖酶Ⅲ(xynⅢ)與

5、胚芽鞘細(xì)胞壁伸長(zhǎng)之間的相關(guān)性。結(jié)果顯示：小麥糊粉層木聚糖酶粗酶與純化酶均是水解滅活胚芽鞘細(xì)胞壁，而不是真正意義上的恢復(fù)細(xì)胞壁伸長(zhǎng)；糊粉層木聚糖酶與β-expansin共同作用對(duì)胚芽鞘細(xì)胞壁伸長(zhǎng)具有明顯的協(xié)同作用；低濃度的重組xynⅢ對(duì)生長(zhǎng)時(shí)期的滅活胚芽鞘細(xì)胞壁伸長(zhǎng)沒(méi)有明顯影響，但高濃度xynⅢ可以使細(xì)胞壁逐漸被拉斷，呈現(xiàn)典型的水解效應(yīng)：XynⅢ分別與β-expansin和Cell2A等共同作用均對(duì)生長(zhǎng)時(shí)期的滅活胚芽鞘細(xì)胞壁伸長(zhǎng)具有明顯的

6、協(xié)同效應(yīng)。以上結(jié)果表明木聚糖酶對(duì)胚芽鞘細(xì)胞壁可能僅僅是水解作用，木聚糖水解可能不是β-expansin-like蛋白促進(jìn)細(xì)胞壁伸長(zhǎng)的作用機(jī)制；純化β-expansin-like蛋白的木聚糖水解活性可能源于其中的微量木聚糖酶雜質(zhì)；該蛋白的真正性質(zhì)及作用機(jī)制尚待克隆該酶基因加以研究方可確認(rèn)；并進(jìn)一步推測(cè)在正常生活狀態(tài)下的胚芽鞘細(xì)胞壁中木聚糖酶與葡聚糖內(nèi)切酶(endo-glucanase，EG)等可能輔助β-expansin調(diào)控細(xì)胞壁伸長(zhǎng)。半