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植物表皮细胞是植物与外界环境接触的“界面”,具有重要的生物学功能。四亿五千万年前,在植物从水生演化为陆生的过程中,产生了覆盖其表面细胞的疏水脂类,使其能够适应陆地上相对“干燥”的环境以及调控外界光线对于植物的影响,植物也会改变这些物质的成分来吸引或者排斥外界生物(微生物或者昆虫),因此,某种植物中的蜡质组分可能反映了施加给该物种的选择压力的平衡,具有重要的生态学上的意义。除此之外,表皮细胞表面的疏水物质能够调控植物细胞之间的相互作用,从而控制细胞粘连和器官融合。植物最为重要的器官融合现象包括心皮的闭合以及授粉过程中,花粉粒与雌蕊的乳突状细胞之间发生的融合现象。 这些疏水物质是多种物质的混合物,涉及到在多个细胞内区室的转运和多种酶促反应。因此合成与运输这些物质是一个高度复杂和受控的过程。近年来,人们已经在玉米、拟南芥等植物中发现多种与表面疏水物质合成、衍生与分泌相关的基因,这些基因的突变很多会造成器官融合的表型。 对水稻卷叶突变体cfl1的研究发现,该表型是由于插入在LOC‐OsCFL位点下游1.3k的T-DNA造成的。用该基因的氨基酸序列在数据库中搜索发现,在水稻中存在五个该基因的类似基因,在拟南芥中也存在四个类似基因。在这些基因中,AtCFL1和AtCFL2与CFL1相似度最高。在拟南芥中过量表达AtCFL1和AtCFL2发现,AtCFL2的过量表达植株没有明显的表型,而AtCFL1的过量表达植株会出现子叶融合的表型。此外,AtCFL1的过量表达植株还出现矮化和早花的表型。 对野生型和过量表达植株进行甲苯胺蓝染色实验,后者能被染色而野生型植株不能被染色,而且染色严重的程度与过量表达程度相关,这说明过量表达该基因造成了拟南芥角质层发育缺陷。对莲座叶背面的进行扫描电镜观察,发现后者的表皮细胞发育不正常,有褶皱产生。而对二者的茎的扫描结果显示,过量表达植株的表面蜡质的数量大大减少。而透射电镜观察发现,过量表达植株的角质层存在褶皱,且厚度增加,暗示角质层的组成成分发生了变化。 AtCFL1的表达集中在需要有新的保护组织生成的位置,例如发生花器官脱落和角果开裂的部位,它也在根的内皮层和根尖位置表达,这些位置同样与保护植物有关。这与伤害会诱导AtCFL1的表达相一致,因为伤害发生后,植物也需要形成新的保护组织来防止病原体侵入以及脱水。另外值得注意的是AtCFL1在雌蕊的乳突状细胞有特异表达,这个部位是在正常生理状况下发生器官融合的重要部位。 对在过量表达AtCFL1背景下的脂质合成相关基因表达量进行分析发现,涉及到脂肪酸碳链延长的基因,如KCS1、CER2等的表达量会发生降低。GC-MS的结果证明了这一点,C26和C28的脂肪酸含量出现减少。 用酵母双杂交系统筛选cDNA文库,发现了一个与AtCFL1基因存在相互作用的基因HDG1,该基因属于同源异型亮氨酸拉链蛋白家族的一个亚家族,该亚家族的其他成员很多参与到调控表皮细胞的功能中。 综上所述,我们认为OsCFL和AtCFL1可能代表了一类新的基因,参与到植物表皮细胞的长链脂肪酸的合成过程中,影响到植物结构脂类的生成。