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植物所科研人員發現植物表皮蠟質合成的新機制

  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爲仲醇和酮,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,烷烴被認爲是單子葉植物脫羰途徑的最終産物。與此同時,奇數碳鏈伯醇是蠟質的組成成份,但其合成途徑尚不清晰。 

  中科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 5wsl5突變體。突變體葉片表皮蠟質中烷烴異常累積,而C29伯醇含量極顯著降低。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極顯著降低,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以烷烴爲底物催化産生伯醇。異源表達的WSL5與擬南芥內源烷烴鏈中羟化酶MAH1共同競爭烷烴底物,導致前者産物C29伯醇含量增加,後者産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羟化酶,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爲論文的第一作者,曲樂慶研究員爲通訊作者。該研究得到了國家科技部重點研發計劃和自然科學基金委項目的資助。 

  文章鏈接: 

  https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.16267 

  (分子生理實驗室供稿) 

   

  水稻蠟質合成途徑 

    


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