镉诱导细胞壁果胶合成及去甲酯化机制的研究

Recent studies show that cell wall pectin content and methylesterification degree are closed related with plant heavy metal tolerance and aerobic mehane emission. Cadmium (Cd) is the most presentive heavy metal pollutant, and it induced reactive oxygen species (ROS) is seemed as significant signaling molecule in plant stress physiology recently. This project will investigate Cd-induced pectin synthesis and demethylesterification in cell wall, analyze the effects and mechanisms of Cd stress on pectin synthesis and demethylesterification, especially focus on the roles of ROS in processes, and determine the signaling roles of ROS in regulating pectin synthesis and demethylestification under abiotic stresses. These studies will not only clarify the effects and mechanisms of Cd-induced pectin synthesis and demethylesterification in cell wall, but also discover the signaling roles of ROS in regulating pectin synthesis and demethylesterification. The project is also clsoed with two crucial environment problems (heavy metal pollution and vegetation methane emission) at present. So, this proposal is quite original and creative in academical level as well as sigficant societal value.

最新研究表明：植物细胞壁果胶含量及其甲酯化程度与植物重金属抗性和植物有氧甲烷释放密切相关。镉（Cd）是最有代表性的重金属污染物，Cd胁迫诱导植物产生的活性氧自由基（ROS）近年来被认为是植物逆境生理学中的重要信号分子。本项目拟开展Cd诱导细胞壁果胶合成及去甲酯化的研究，分析Cd胁迫对细胞壁果胶和甲酯化程度的影响作用和机理，重点关注Cd诱导产生的ROS信号分子在调控果胶合成和去甲酯化过程中的作用机制，最终验证ROS作为信号分子在非生物逆境下调节细胞壁果胶合成及去甲酯化的功能。该研究能够明确Cd胁迫对细胞壁果胶含量及甲酯化程度的影响作用及机理，揭示ROS在果胶合成和去甲酯化过程中的信号调控作用。该研究还与当前社会迫切需要解决的两大重要环境问题（重金属污染和温室气体排放）密切相关，因此不仅具有较好的学术前沿性和创新性，还具有重要现实意义和社会价值。

植物细胞壁果胶含量及其甲酯化程度与植物重金属抗性和植物有氧甲烷释放密切相关。镉（Cd）是最有代表性的重金属污染物，Cd胁迫诱导植物产生的活性过氧化氢近年来被认为是植物逆境生理学中的重要信号分析。本项目拟开展Cd诱导细胞壁果胶合成及去甲酯化的研究，分析Cd胁迫对细胞壁果胶和甲酯化程度的影响作用和机理，重点关注Cd诱导产生的过氧化氢信号分子在调控果胶合成和去甲酯化过程中的作用机制，最终验证过氧化氢作为信号分子在非生物逆境下调节细胞壁果胶合成及去甲酯化的功能。该研究能够明确Cd胁迫对细胞壁果胶含量及甲酯化程度的影响作用及机理，揭示过氧化氢在果胶合成和去甲酯化过程中的信号调控作用。，该研究还与当前社会迫切需要解决的两大重要环境问题（重金属污染和温室气体排放）密切相关，因此不仅具有较好的学术前沿性和理论创新性，还具有重要现实意义和社会价值。据报道，过氧化氢可促进木质素形成，增强细胞壁固化，限制细胞增大并抑制根的伸长。然而，我们的结果显示镉诱导产生的过氧化氢不仅抑制了水稻根系的伸长，而且增加了水稻根的直径。尚未见到研究报道过氧化氢为何及如何促进细胞增大并增加根系直径的。使用外源过氧化氢及其清除剂4-hydroxy-Tempo来研究过氧化氢的功能。通过免疫荧光、荧光探针、钌红染色，组织切片和分光光度计方法来检测果胶含量，甲酯化程度及果胶甲酯酶活性和过氧化氢含量。外源过氧化氢抑制了水稻根系伸长，但是促进了细胞增大，增加了根直径。过氧化氢不仅增加了水稻根尖果胶合成区域及果胶含量，而且增加了果胶甲酯酶活性和果胶去甲酯化程度。过氧化氢清除剂4-hydroxy-Tempo处理减少了水稻根尖过氧化氢含量，从而抑制了果胶合成，降低了果胶甲酯酶活性和果胶甲酯化程度，恢复了过氧化氢诱导的细胞增大和根直径增加。镉诱导产生的过氧化氢在调节果胶合成，果胶甲酯酶活性及果胶去甲酯化过程中发挥着新功能。过氧化氢通过增加果胶含量和果胶去甲酯化程度促进细胞增大和根系增粗。