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近日，植物科学领域著名期刊《The Plant Cell》发表了我院刘巧泉教授团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所周奕华研究员团队的合成研究成果“Glycosylphosphatidylinositol anchor lipid remodeling directs proteins to the plasma membrane and governs cell wall mechanics”，发现蛋白GPI修饰调控水稻细胞壁力学性能的机制。

研究团队利用水稻脆秆突变体brittle culm 16 (bc16)，鉴定到植物GPI修饰的脂质重塑关键酶，解析了GPI脂质修饰对蛋白质膜定位及细胞壁形成的重要作用。基因克隆发现BC16 编码GPI脂质重塑中的跨膜O-酰基转移酶，与众多GPI形成基因共表达。BC16定位于内质网及高尔基体，将其导入酵母同源基因突变体gup1能够恢复突变菌株生长受阻表型，并在很大程度上弥补酵母GPI锚定蛋白的脂质结构缺陷。针对水稻GPI锚定蛋白的脂质结构进行质谱分析，发现bc16突变体中饱和磷脂酰肌醇(PI)和磷脂酰神经酰胺(IPC)含量大幅减少，揭示了植物GPI蛋白的主要脂质结构。BC1是已报道的调控水稻次生细胞壁形成的关键GPI锚定蛋白。在bc16中对BC1及多个GPI锚定蛋白开展亚细胞定位分析，证实BC16介导的脂质重塑能够控制BC1质膜定位及靶向质膜特定微区，并发现纤维素合酶CESA4可定位于该微区，为BC16调控细胞壁组装提供了关键证据。原子力显微镜观测和纳米压痕分析发现，bc16中次生细胞壁纤维素纳米纤丝组装与排布与bc1相似，不正常的组装导致细胞壁弹性模量改变、植株机械强度下降，首次从生物力学层面解释了脆性表型。

综上，该研究应用多学科研究手段揭示了植物GPI修饰脂质成熟机制，阐释了其调控植物细胞壁力学性能和植株机械强度的机理，为作物支撑力力学性能分子设计改良提供新的理论依据。

我院青年教师许作鹏博士和中科院遗传发育所博士生高易宏和高成旭为该论文的共同第一作者。