植物聚合物并不总是一起形成美丽的形状

木质部细胞中不同聚合物的模式。

动物和植物有许多特征，其中之一是细胞壁。在植物中，这种结构像骨骼一样，提供支撑和稳定性，也像肌肉一样，将水分从地面转移到最高的叶子和树枝。负责水分运输的结构是次生细胞壁，NAIST大学教授多久德莫拉一直在研究它，因为它是由木质部组成的。

木质部是陆生植物生物质的重要资源。木质部细胞分化的变化对于改善植物生物质资源的策略非常重要，”Demura说。

次生细胞壁由三种类型的聚合物组成，纤维素、半纤维素和木质素。在一项可以在植物细胞中读取的新研究中，Demura的实验室发现木质部细胞突变体中的这三种聚合物有助于彼此独立地形成次生细胞壁，从而挑战当代植物生长模型。

纤维素和半纤维素之间的相互作用对于赋予细胞壁强度和弹性以向上推动水分至关重要。与木质素的相互作用增加了疏水性，从而为推进提供电荷。20世纪80年代初的研究使科学家们认为，次生细胞壁的形成是在连续的事件中发生的，从细胞表面的纤维素合成开始，然后是与纤维素结合的半纤维素沉积，最后是木质素的迁移和聚合。

这些相互作用导致木质部细胞中三种聚合物的明显空间模式。然而，由Demura Laboratory制造的拟南芥(一种科学家常用来研究植物生长的小植物)突变体中的木质部细胞显示出一种空间模式，其中纤维素合成被破坏，而没有破坏半纤维素或木质素。

“我们突变了纤维素合酶基因CESA7。这种突变阻止了纤维素的形成。尽管缺乏模式化的纤维素沉积，但我们看到了半纤维素和木质素的模式化沉积，”参与该项目的Misato Ohtani博士解释道。

其他研究表明，这种持续的模式可能归因于微管，这种分子在几乎所有生命中都可以看到，包括人类，并负责在细胞中运输物质。

“我们可以破坏半纤维素和木质素的模式，当我们破坏药物的微管时，这表明在次生细胞壁的形成过程中，半纤维素和木质素是由微管而不是纤维素调节的，”大谷继续说道。

考虑到生物工程植物能够以更高的效率生产资源或忍受极端气候变化的持续努力，德莫拉指出，阐明像次生细胞壁这样的基本植物结构如何发育的机制将有助于科学家实现这些目标。

“确定纤维素、半纤维素和木聚糖的独立性表明，我们可以改变植物中的一种而不改变另一种，”他说。

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