近日，Plant Physiology在线发表华南农业大学亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室吴鸿教授团队在了题为“CELLULASE 6 and MANNANASE 7 affect cell differentiation and silique dehiscence” 的研究论文。该研究首次报道了拟南芥纤维素酶基因CEL6和半纤维素酶基因MAN7通过影响果实开裂区细胞的分化以及参与离层区细胞壁的降解促进角果发育和开裂的细胞学和分子生物学机制。

纤维素酶、半纤维素酶和果胶酶在果实发育和成熟过程中起着重要的作用。但目前，除了ADPG1和ADPG2已被证明是拟南芥角果开裂所必需的果胶酶外，参与果实发育和开裂的纤维素酶和半纤维素酶基因尚未有报道。本研究通过生物信息学表达数据库分别筛选出一个纤维素酶基因CEL6和一个半纤维素酶基因MAN7，并通过定量PCR和构建启动子GUS表达植株研究该基因的表达模式，从而确定了该基因在成熟角果的开裂区特异表达并部分受角果开裂相关转录因子IND和ALC调控。同时本研究发现cel6和man7的突变体的角果均表现出不同程度的抗开裂表型，与果胶酶adpg1和adpg2突变株通过杂交形成的各种多突变株的角果更呈现出强度各异的不开裂表型，且表现出固定的规律。本研究还进一步发现了CEL6和MAN7在基因突变后，果实开裂区的木化区分化会延缓，果实发育和开裂也会推迟。且在角果成熟开裂时，本应降解的离层细胞的细胞壁没有降解并维持完整的形态结构。这也是突变体出现抗开裂性状的主要原因，说明调节细胞壁降解酶的活性可以通过影响离层细胞壁降解来控制角果抗开裂的程度。这项成果为后期培育不同程度的果实抗开裂油料作物奠定了理论基础和提供了技术支持。

该研究由华南农业大学吴鸿课题组和美国俄克拉荷马州立大学杨明课题组合作完成，我校生科院博士生何韩军和讲师白玫为论文共同第一作者。相关工作得到了国家自然科学基金的资助。