植物聚合物并不总是共同作用以形成美丽的形状

在植物中，细胞壁就像一个骨架，提供支撑和稳定性，也像肌肉一样，将水从地面传递到最高的树叶和树枝。负责水运的结构是由木质部组成的次生细胞壁，NAIST教授Taku Demura一直在研究。“木质部是陆生植物生物量的重要资源。木质部细胞分化的改变对于改善植物生物量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。在植物细胞发表的一项新研究中，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的次生细胞壁形成，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水是至关重要的。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年代早期的研究使科学家相信，次生细胞壁的形成发生在连续的事件中，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的沉积，最后是迁移和聚合木质素。

这些相互作用导致三种聚合物在木质部细胞中呈现明显的空间模式。然而，由Demura实验室制造的拟南芥(一种科学家常用于研究植物生长的小植物)突变的木质部细胞显示纤维素合成受到破坏而不破坏半纤维素或木质素的空间模式。

“我们对纤维素合成酶基因CESA7进行了突变。这种突变阻止了纤维素的形成。尽管缺乏图案化的纤维素沉积，我们看到了半纤维素和木质素的图案沉积，”为该项目做出贡献的Misato Ohtani博士解释道。

另外的研究表明，持续的图案化可归因于微管，即几乎所有生命中所见的分子，包括人类，并负责在细胞内运输物质。

“当我们用药物破坏微管时，我们能够破坏半纤维素和木质素的图案。这表明在二次细胞壁形成过程中，半纤维素和木质素受微管而非纤维素的调节，”Ohtani继续说道。

考虑到能够以更高的效率生产资源或承受极端气候变化的生物工程植物的不断努力，Demura指出，阐明像二级细胞壁这样的基本植物结构如何发展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修改一种，而不会改变植物中的另一种，”他说。

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