植物細(xì)胞壁是由多糖等多聚物構(gòu)成的天然復(fù)雜微納米網(wǎng)絡(luò)，其多聚物異質(zhì)性沉積形成了多樣化功能結(jié)構(gòu)，賦予細(xì)胞壁在細(xì)胞塑形、機(jī)械支撐、抗病耐逆和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面的關(guān)鍵生物學(xué)功能。因此，植物如何組裝細(xì)胞壁功能結(jié)構(gòu)是植物科學(xué)及作物性狀形成與馴化的基礎(chǔ)問題。近二十多年來，隨著大量參與細(xì)胞壁合成、修飾、重塑及感知的關(guān)鍵基因的功能得到解析，以及核磁共振波譜和原子力顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，納米級細(xì)胞壁網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及聚合物相互作用得以揭示，推動(dòng)了細(xì)胞壁生物學(xué)領(lǐng)域相關(guān)理論的創(chuàng)新與分子改良應(yīng)用場景的拓展。

2025年4月24日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所周奕華研究員和張保才研究員團(tuán)隊(duì)在Journal of Genetics and Genomics在線發(fā)表題為“

New insights into plant cell wall functions

該綜述首先論述了近年來前沿技術(shù)應(yīng)用對細(xì)胞壁生物學(xué)功能研究的重要推動(dòng)作用，在此基礎(chǔ)上闡述了細(xì)胞壁對植物細(xì)胞生長發(fā)育的調(diào)控作用，包括果膠多糖的合成與修飾、信號傳導(dǎo)及機(jī)械感知介導(dǎo)的形態(tài)發(fā)生；總結(jié)了細(xì)胞壁組裝與植物機(jī)械強(qiáng)度調(diào)控功能，包括纖維素納米纖絲形成、半纖維素介導(dǎo)次生細(xì)胞壁組裝、多層級轉(zhuǎn)錄調(diào)控及細(xì)胞骨架介導(dǎo)的細(xì)胞壁沉積等；在物質(zhì)運(yùn)輸功能方面重點(diǎn)圍繞木質(zhì)部導(dǎo)管壁，闡述細(xì)胞壁異質(zhì)性沉積模式形成機(jī)理及其調(diào)控木質(zhì)部穩(wěn)健性的生理效應(yīng)；總結(jié)了細(xì)胞壁動(dòng)態(tài)重塑及其完整性在維持離子穩(wěn)態(tài)與植物環(huán)境韌性方面的新進(jìn)展；概述植物細(xì)胞壁作為植物與病原菌交互的重要界面在植物免疫方面的新功能；最后提出當(dāng)前細(xì)胞壁研究面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，展望了人工智能、單分子超分辨成像等前沿技術(shù)對全面解析細(xì)胞壁功能結(jié)構(gòu)的推動(dòng)作用，助力作物性狀分子設(shè)計(jì)改良與生物質(zhì)綠色利用。

次生細(xì)胞壁承重網(wǎng)絡(luò)與植物機(jī)械強(qiáng)度調(diào)控

A：水稻植株示意圖和莖稈節(jié)間纖維細(xì)胞橫切圖；B：水稻纖維素納米纖絲排布與變異；C：上圖為禾本科植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)模式圖，下圖為纖維素合成酶復(fù)合體結(jié)構(gòu)模式圖；D：次生細(xì)胞壁主要多糖生物合成示意圖。

作者簡介

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張?zhí)m軍博士為第一作者，高成旭博士、高易宏博士、楊晗蕾博士、賈美茹博士和王曉紅博士參與該綜述的撰寫工作。周奕華研究員和張保才研究員為共同通訊作者。相關(guān)工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)青年基金和中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目資助。