... 细胞壁作为抵御病原体的屏障, 其完整性为植物防御病原体所必需(Hamann, 2015).植物细胞壁果胶被细菌和真菌分泌的果胶降解酶降解, 其中HG降解后产生去甲基酯化的果胶片段或寡聚半乳糖醛酸(oligogalacturonides, OGs) (Ferrari et al.2013; 郁有健等, 2014).OGs作为激发子可被植物体内的受体识别, 从而激活一系列防御反应, 起到保护植物的作用.研究表明, OGs的信号转导通过细胞壁关联激酶(wall-associated kinases, WAKs)发挥作用, WAKs能感知OGs, 进而激活植物的应激反应(Brutus et al.2010; Kohorn et al.2014).此外, 病原体入侵会激活PME, PME催化HG去甲基酯化过程中产生具有挥发性的甲醇, 甲醇可作为信号分子参与启动邻近植物的免疫反应, 增强邻近植物对细菌病原体的抵抗力(Komarova et al.2014)....

... HG在高尔基体中以高甲基酯化的形式合成, 随后由果胶甲基酯酶(pectin methylesterase, PME)选择性地去甲基酯化(Caffall and Mohnen, 2009), 同时释放甲醇和质子(查笑君等, 2010), 生成带负电荷的羧基(Wormit and Usadel, 2018).去甲基酯化的HG可以增强细胞壁的刚性.例如, PMEs催化HG去甲基酯化后可形成连续的GalAs, 在Ca2+存在时, 带负电荷的羧基与Ca2+相互作用, 形成“鸡蛋盒” (Egg Box Model)结构(图1).该结构可以通过增强细胞壁刚性来维持细胞壁的完整性(Micheli, 2001; Braccini and Peréz,2001); 花粉管的顶端区域几乎只存在甲基酯化的果胶, 外源施加PME时可诱导其尖端细胞壁增厚, 从而抑制花粉管生长(Bosch et al.2005).此外, PME去甲基酯化HG的过程中会导致局部pH降低, 激活多种细胞壁降解酶, 从而促进细胞壁的扩张, 使其弹性增强.相反, 当植物体缺少PME时, 细胞壁的弹性降低.研究发现, 果胶甲基酯酶6 (PME6)在保卫细胞中表达量较高, 野生型保卫细胞富含未酯化的HG, 而突变体pme6-1的保卫细胞壁富含甲基酯化的果胶, 其气孔开启/关闭动态范围缩小, 表明异常的果胶甲基酯化改变了保卫细胞的机械特性, 导致气孔无法根据环境信号进行适度的开放与关闭(Amsbury et al.2016)....

... RGI侧链包括β-1,4-半乳聚糖、阿拉伯聚糖或阿拉伯半乳聚糖, 其组成和结构影响细胞壁的强度、弹性和柔韧性等机械性能.例如, 侧链阿拉伯聚糖和阿拉伯半乳聚糖的长度和数量部分决定初生细胞壁的相对灵活性, 而半乳聚糖含量增加有助于增强细胞壁的硬度和刚度(Ulvskovet al.2005; Moore et al.2008).Cankar等(2014)通过表型观察和组分分析, 对编码果胶修饰、主链降解和侧链类型等酶的多个转基因马铃薯(Solanum tuberosum)株系进行研究, 发现果胶主链被鼠李半乳糖醛酸裂解酶(rhamno galacturonanlyase, RGL)裂解为片段的转基因株系, 以及阿拉伯聚糖含量降低70%的转基因株系中, 成熟花粉粒的内壁在亲和孔的位置外翻突起, 最终导致花粉粒破裂和细胞质泄漏, 这些结果证实在花粉粒成熟和脱水过程中, 果胶阿拉伯聚糖侧链在细胞壁重塑过程中发挥了重要作用.McCartney等(2000)通过对(1→4)- β-D-半乳聚糖出现前后的豌豆(Pisum sativum cv. ‘Avola’)子叶进行机械压应力测试, 发现细胞壁富含半乳聚糖的子叶硬度明显增强.此外, RGI侧链的组成和结构与细胞和组织的发育阶段密切相关.例如, 在胡萝卜( Daucus carotacv. ‘Early Nantes’)由细胞分裂向细胞伸长过渡时, 伴随着细胞壁果胶半乳聚糖的出现和阿拉伯聚糖减少; 豌豆子叶在发育中随着果胶半乳聚糖的出现表现出组织硬度增强(Willats et al.1999; McCartney et al.2000)....

... 在果胶多糖的3种组分中, 对于HG的标记成像研究较多, 用于标记HG的单克隆抗体有JIM5、JIM7和2F4等.其中, JIM5的最佳识别表位可能是4个以上相邻的未酯化GalA残基, 这些残基与甲基酯化的GalA残基相邻或在其两侧(Clausen et al.2003); JIM7识别表位的重要特征是每隔一段残基上都有甲基酯化的GalA残基(Clausen et al.2003); 2F4可结合钙离子交联的未酯化的GalA残基(Sujkowska-Rybkowska and Borucki, 2015).我们用JIM5和JIM7对青扦(Picea wilsonii)花粉管细胞壁中的果胶进行标记, 在激光共聚焦显微镜下用488 nm激发并在500-550 nm处采集发射信号, 可观察到在花粉管细胞壁中, JIM7标记的高甲基酯化的果胶聚集在生长的花粉管顶端, JIM5标记的低甲基酯化的果胶分布在花粉管伸长处(Cui et al.2015).此外, 我们利用JIM5和JIM7免疫标记, 还检测了杉木(Cunninghamia lanceolata)维管形成层细胞壁多糖在季节周期中的变化, 结果显示, 休眠期形成层细胞壁中富含低甲基酯化的HG, 而活跃期形成层细胞壁中高甲基酯化的HG较多(Wu et al.2016).Sujkowska-Rybkowska和Borucki (2015)使用JIM5、JIM7和2F4分别对低甲基酯化果胶、高甲基酯化果胶和钙交联果胶进行免疫标记, 检测铝处理的豌豆根瘤中果胶酯化和分布模式.Mravec等(2014)利用低聚壳聚糖(chitosan oligosaccharides, COS)与去酯化的HG果胶可以特异性结合的特点, 开发了非免疫标记分子探针.应用Alexa Fluor 488偶联COS (COS488)标记去甲基酯化HG, 可以对其分布进行高分辨率荧光成像观察; COS与纳米金粒子耦合(COSAuNP)后, 可以用于在透射电子显微镜下对HG定位进行超微结构水平的观察.与抗体免疫标记相比较, COS488具有穿透速度快和对酯化程度的变化敏感等特点, 可用于活细胞实时成像....