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生物通報道  近日來自北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和德國波恩大學(xué)的研究人員在新研究中發(fā)現(xiàn)了一個參與調(diào)控角質(zhì)層發(fā)育過程的新基因。這一研究成果在線發(fā)表在植物學(xué)領(lǐng)域雜志《The Plant Cell》（近5年平均影響因子為10.69）上。

文章的通訊作者是北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長顧紅雅教授，其早年畢業(yè)于南京大學(xué)生物系，1987年獲美國華盛頓大學(xué)博士學(xué)位。長期從事植物系統(tǒng)進化和發(fā)育生物學(xué)的研究，發(fā)表論文60余篇，曾獲得中國科協(xié)青年科技獎、國家教委科技進步三等獎等獎項。

植物表皮細胞是植物與外界環(huán)境接觸并發(fā)生物質(zhì)和信息交換的重要“界面”。在從水生演化為陸生的過程中，植物產(chǎn)生了覆蓋其表面細胞的疏水脂類——角質(zhì)層，以適應(yīng)陸地上相對“干燥”的環(huán)境。角質(zhì)層也有防御外界生物（如微生物和昆蟲）入侵、調(diào)節(jié)光對于植物細胞的影響等功能。在植物發(fā)育過程中，角質(zhì)層還參與控制心皮閉合以及植物授粉時花粉粒與雌蕊的乳突狀細胞融合等重要的生理過程。角質(zhì)層的疏水物質(zhì)是多種物質(zhì)的混合物，它們的合成涉及到多種酶促反應(yīng)，合成之后還需要在多個細胞內(nèi)區(qū)室間轉(zhuǎn)運，因此這些物質(zhì)的合成與運輸是一個高度復(fù)雜和精細調(diào)控的過程。

近年來，人們已經(jīng)在玉米、水稻、擬南芥等植物中發(fā)現(xiàn)多種與表面疏水物質(zhì)合成、衍生與分泌相關(guān)的基因；但這些基因是如何調(diào)控的等機理方面的進展甚少，長期以來，只有少數(shù)參與這一過程的調(diào)控基因得到了克隆和鑒定。

在這項研究中，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室的研究人員通過分析一株具有卷葉表型的水稻突變體，找到了導(dǎo)致卷葉的基因CFL1。該基因是一個新的基因，編碼一個具有WW結(jié)構(gòu)域的未知功能蛋白，同時在擬南芥中找到它的同源基因At CFL1。在擬南芥中過量表達At CFL1基因之后發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)器官融合的表型。同時，他們還發(fā)現(xiàn)這些轉(zhuǎn)基因擬南芥的表皮細胞的形態(tài)發(fā)生畸變，覆蓋表皮細胞的蠟質(zhì)晶體也大量減少。進一步的分析表明，這些異?，F(xiàn)象都是由于角質(zhì)層發(fā)育缺陷造成的。

通過與德國波恩大學(xué)Lukas Schreiber教授實驗室的合作，他們確定有多種角質(zhì)層的組成成分發(fā)生了改變。進一步工作表明CFL1會通過與一個重要的植物轉(zhuǎn)錄因子HDG1發(fā)生相互作用來調(diào)節(jié)其功能，而HDG1這個轉(zhuǎn)錄因子直接參與調(diào)控兩個角質(zhì)層發(fā)育過程中的關(guān)鍵基因BDG和FDH的表達。

目前對于植物角質(zhì)層發(fā)育的研究主要集中在成分合成及運輸方面，但對于基因表達調(diào)控方面的研究較為匱乏。這項研究不僅找到了一條新的角質(zhì)層發(fā)育的調(diào)控途徑，而且為植物角質(zhì)層發(fā)育的基因調(diào)控研究提供了新的思路。