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上海恒遠揭示植物細胞壁代謝與形成的分子機理

1、細胞壁形成與植物生長發育

植物如何形成細胞壁是一個重要的科學問題。作為植物細胞的基本結構，細胞壁的形成與植物生長發育密切相關。大量的研究表明，細胞壁形成的異常通常伴隨著植物生長發育的異常。另外，作為基礎代謝過程，細胞壁的合成與調控處于植物信號傳導的zui下游，植物對激素的反應、對環境的適應和對脅迫的應答zui終會在細胞壁的形成和變化上體現出來。因此植物體內存在參與細胞壁形成及響應細胞壁改變的信號通路和應答機制。人們對這一過程的了解還極其不清楚。我們課題組通過研究矮稈、披葉等水稻突變體和擬南芥花粉管發育異常突變體及其野生型基因的功能，發現一些關鍵基因OsCSLD4 （Li et al., 2009） 、BC12（Zhang et al., 2010）、MGP4（Liu et al., 2011）、ILA1（Ning et al., 2011）等影響細胞有絲分裂或伸長過程，為揭示細胞壁形成及其在生長發育中的作用機制積累了數據。

2、細胞壁生物合成與水稻莖稈強度

莖稈強度是作物栽培育種中重要的農藝性狀，與植株的抗倒伏性直接相關。主要由細胞壁、尤其是次生細胞壁提供，是其化學組成及物理結構的反映。目前對單子葉作物（如水稻）的莖稈強度分子機理研究還很不深入。本課題組獨立或與李家洋院士實驗室合作完成了BC14（Zhang et al., 2011）、BC3（Xiong et al., 2003）、BC12（Zhang et al., 2010）、BC11（Zhang et al., 2009）、BC10 （Zhou et al., 2009）等關鍵基因的圖位克隆和功能研究工作。所開展的工作已涵蓋從底物核苷酸糖運輸到纖維素、非纖維素多糖合成與沉積，從膜泡轉運到細胞骨架轉換等細胞壁形成的重要過程。同時發現影響機械強度的重要 “出口”是纖維素的含量和纖維素微纖絲的排列。對于闡明作物莖稈強度這一重要農藝性狀形成的分子機理及解決農業生產上存在的一些實際問題具有重要意義。

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