新研究助力破译植物细胞壁形成机制

多糖的氧乙酰化在植物细胞壁发育中具有重要意义，但对这一过程的具体机制知之甚少。美国布鲁克海文国家实验室的蔡的最新研究揭示了木聚糖特异性氧乙酰基转移酶(XOAT1)的结构信息和工作机制，这是破解植物细胞壁形成机制的重要一步。相关结果发表在4月30日的《植物细胞》杂志上。

植物细胞壁为植物细胞提供机械支持，决定它们的大小和形状，并影响植物的发育和应激反应。植物细胞壁主要由纤维素、半纤维素和果胶等多糖组成，多糖基质中嵌入的酚类聚合物和蛋白质较少。

这些多糖中的许多是氧乙酰化的，氧乙酰化通过指示两个分子是否可以交联来确定植物细胞壁的结构和机械强度。尽管多糖的氧乙酰化在植物细胞壁的发育中具有重要意义，但对这一过程的具体机制知之甚少。

木聚糖的氧乙酰化是植物细胞壁中半纤维素的主要形式，它影响木聚糖与其他细胞壁聚合物之间的相互作用，进而影响细胞壁的形成。先前的研究已经确定拟南芥木聚糖特异性氧乙酰转移酶(XOAT1)在木糖基主链残基的位置2进行氧乙酰化。基于这些初步的研究结果，对XOAT1结构和机制的进一步研究将促进科学家对植物细胞壁多糖氧乙酰化的分子机制的理解。

在这项研究中，研究人员首先确定了XOAT1的催化结构:它由两个不相等的波瓣组成，由一个深波瓣隔开，在波瓣底部有一个催化三联体。催化结构的整体构象不同于蛋白质数据库中的任何结构。

▲XOAT1的催化结构

为了阐明XOAT1的催化机制，研究人员不断监测酶释放的产物，以确定XOAT1在木聚糖骨架上是否显示任何位置偏好。研究发现XOAT1特异性地将氧乙酰基转移到木聚糖骨架的位置2。

接下来，研究人员继续探索乙酰化酶中间体是否在XOAT1催化过程中形成。研究结果证实在催化三重反应中存在乙酰化酶中间体的形成，表明XOAT1催化的氧代乙酰化反应具有双重取代机制。

最后，突变分析和分子模拟证实了催化三联体的重要作用，并揭示了蛋白质表面裂纹作为底物结合槽稳定受体和供体底物的能力。

研究人员指出，负责多糖修饰的酶的结构和功能特征对于理解植物如何构建细胞壁以适应生长模式至关重要。本研究揭示的XOAT1的结构信息和工作机制代表了破解植物细胞壁形成机制的重要一步。这也为未来的研究奠定了基础，这将有助于科学家探索如何产生更多合适的酶来消化和释放这些捕获糖的植物生物量。

相关文件信息:doi:10.1105/tpc.20.00346