2021年12月22日，中國農業大學宋任濤教授課題組在The Plant Cell雜誌上線上發表題為“ENB1encodes a cellulose synthase 5 that directs synthesis of cell wall ingrowths in maize basal endosperm transfer cells”的研究論文。該研究克隆和功能解析了一個編碼纖維素合成酶5的ENB1基因，揭示了ENB1透過合成玉米籽粒基底胚乳傳遞層細胞的壁內突，進而增強光合同化物蔗糖從母本植物到胚乳中的轉運，最終維持永久型胚乳的發育。
單子葉植物種子和雙子葉植物種子在胚乳發育方面存在顯著的不同，表現為前者具有永久型的胚乳，而後者形成瞬時型的胚乳。這兩類種子的發育均需透過傳遞層細胞的壁內突來吸收母本的營養物質（主要為蔗糖），但兩者的壁內突存在明顯不同，表現為單子葉植物種子中為發達的棒狀壁內突，而雙子葉植物種子中為乳突狀壁內突。這兩種壁內突均主要由纖維素沉積而成，然而目前並不清楚是否有特異的纖維素合成酶介導了它們的形成、以及這兩種不同的壁內突是否控制了單、雙子葉植物種子中胚乳的命運。
宋任濤教授課題組鑑定到一個新的玉米籽粒突變體endosperm breakdown1(enb1)，其胚乳在籽粒發育過程中發生劇烈的降解，而胚發育正常，這種發育模式非常類似於雙子葉植物種子的發育。透過對enb1突變體的圖位克隆，發現ENB1編碼一個玉米纖維素合成酶5。ENB1在籽粒基底胚乳傳遞層細胞中優勢表達，enb1突變導致傳遞層細胞的壁內突急劇減少。13C-蔗糖脈衝標記分析表明enb1突變體中缺陷的傳遞層細胞大幅度地降低其吸收蔗糖的功能。enb1突變體中受損的傳遞層細胞功能觸發胚乳降解，胚乳澱粉降解生成的糖被轉運至胚中，供給胚發育。此外，ENB1的過表達增強傳遞層細胞的壁內突發育，進而提高傳遞層細胞轉運蔗糖的能力，最終增加籽粒的粒重。綜上，該研究證實ENB1增強了蔗糖從母本植物到胚乳的轉運，使得籽粒中永久型的胚乳得以維持。
enb1突變導致傳遞層細胞缺陷
該研究由植物生理學與生物化學國家重點實驗室、國家玉米改良中心、中國農業大學農學院宋任濤教授課題組完成。宋任濤教授為該論文的通訊作者，王群博士為第一作者；中國農業大學賴錦盛教授、陳建副教授、馬澤陽副教授和上海大學祁魏巍副教授也參與了該項研究。該研究得到了國家自然科學基金委的資助。
轉載自國家玉米改良中心
植物科學最前沿，專注於植物科學前沿進展、資訊、招聘資訊的釋出及方法軟體共享等。投稿及招聘請後臺回覆“投稿”，均為無償；商務合作請聯絡微信ID：zwkxqy；
