植物细胞壁木质素合成的新分子机制

▲作者Mingyue Gou、CJ Liu和研究中使用的拟南芥植株。

植物是地球上最有效的能量转换器之一，它们捕获太阳能并将其转化为碳基化合物，作为能量来源构成必要的植物成分。木质素是植物碳储存成分的代表，但也因包裹着纤维素和半纤维素而无法转化为燃料或其他生物制品。了解植物细胞如何控制木质素，可以帮助科学家设计新的方法促进碳的储存，或将碳基物质转化为燃料和其他生物制品。

美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室在《自然-植物》杂志上发表了一项研究，结果显示嵌在植物细胞膜上的两种膜类固醇结合蛋白如何作为支架，募集到了三种关键的酶，将碳转移到合成木质素的细胞壁聚合物中。

木质素由木质素单体连接形成，而单体主要由三种酶合成，科学家们先前认为这些酶相互作用。但令人惊讶的是，研究人员在酵母双杂交实验（用于研究蛋白间的相互做用）中并未发现这三种酶相互作用的证据，而使用荧光标记和成像技术定位植物细胞内的蛋白质，却发现这三种酶都位于内质网附近，意味着它们存在相互作用。这个矛盾让研究人员推测可能存在其他蛋白质或因素调节三种酶之间的联系。

为了验证这一假设，科学家们给这三种酶分别融合标签蛋白，并使用液相色谱-质谱联用法，确定了伴随这三种酶的两种膜类固醇结合蛋白（MSBPs）。MSBPs可以将这三种酶组织成多聚蛋白质复合体或酶簇，使其与共同辅助因子在足够高的浓度下保持在一起，高效地进行化学反应，控制将碳专门用于制造木质素前体的代谢途径，推动了木质素的合成。

为了测试MSBPs的作用，科学家们培育了抑制MSBPs的植株，虽然这些植物仍然可以制造三种木质素单体合成酶，但木质素却明显减少。此外，这种抑制并不影响另一种需要三种酶之一的化学物质的合成，表明MSBP介导的酶特异促进了木质素的形成。

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  编译：花花 审稿：阿淼 编辑：张梦

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