植物细胞壁是位于质膜外侧的细胞外结构，通常致密坚韧，既保护细胞内结构、支撑植物体，也是植物水分运输的结构基础。细胞壁能够感知细胞内外多种信号，并经历水解、松弛、修饰、重构和加厚等动态变化，在细胞生长与分化、细胞代谢、细胞间物质交换、信号感知与传导、细胞命运决定以及对生物和非生物胁迫的响应等过程中发挥重要作用。高等植物细胞壁主要是由纤维素微纤丝通过交联聚糖紧密连接而成的网络。纤维素的合成依赖于质膜上的纤维素合酶（CESA）复合体。一般认为，CESA复合体通过囊泡被递送至细胞表面，该过程需要复杂的蛋白转运系统协调完成。其中，膜融合主要由可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）蛋白介导。在拟南芥中，囊泡相关膜蛋白（VAMP）是关键的SNARE成员。然而，VAMP介导细胞壁形成的分子机制在很大程度上仍不清楚。
近日，中国科学院华南植物园在PNAS上发表题为“VAMP725 and VAMP726 Interact with Cellulose Synthase to Support Secondary Cell Wall Formation”的研究论文。该研究通过生物化学和细胞学手段证明，拟南芥SNARE蛋白VAMP726及其近缘同源蛋白VAMP725能够与CESA6和CESA7结合，并在初生壁和次生壁形成过程中调控CESA蛋白的转运。这些发现揭示了植物细胞生物学中的一个重要蛋白转运过程，并为工程化改造结构完整性更强、生物量产量更高的植物提供了潜在靶点。
该研究通过酵母双杂交文库筛选，发现了能够与CESA6和CESA7的NT结构域互作的蛋白VAMP726；并通过酵母双杂交、Pull-down、Co-IP、BiFC和FRET实验证实，VAMP725和VAMP726均与CESA6和CESA7互作。共定位分析和Triton分相实验表明，VAMP726与CESA6在质膜上共定位。显微观察和荧光漂白恢复实验发现，VAMP726与CESA6在膜上共同迁移，说明VAMP726协助CESA6的转运。对VAMP725和VAMP726缺失突变体的表型分析发现，这两个蛋白的缺失使拟南芥幼苗对靶向CESA的除草剂isoxaben和DCB更耐受；此外，双突变体中CESA6在质膜上的移动速率降低，CESA6被转运至质膜的效率下降。另一方面，双突变体植株矮小，木质部细胞中次生壁相关多糖含量异常，纤维细胞壁无法加厚，且CESA7的递送效率受损。
中国科学院华南植物园郑文娜助理研究员和中国农业大学刘国永副教授为共同第一作者，曾咏伦研究员和哥本哈根大学Staffan Persson教授为共同通讯作者。其他作者包括中国科学院遗传与发育生物学研究所的高易宏博士和周奕华研究员、上海交通大学的刘增禹博士、哥本哈根大学的郑帅助理教授以及中国农业大学的郭岩教授。中国科学院华南植物园公共技术服务中心的戴光义博士及丹麦先进生物成像中心（CAB）提供了显微成像支持。该工作得到国家自然科学基金、广东省珠江人才计划、广东省科技计划项目、广州市科技项目、Villum Investigator项目、DNRF Chair项目以及Novo Nordisk项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2625546123
图. 缺失VAMP725和VAMP726导致木质部纤维细胞次生壁无法加厚
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