最近揭晓于《The Plant Cell》期刊的一项研究效果中，宾州州立大学的生物学家们开发了一种新要领，可以将去掉细胞壁的植物细胞转化为其他类型的细胞，这类似于干细胞向差别细胞类型的分解。通过这一要领，研究团队探讨了增强植物细胞壁稳固性的带状结构（犹如纸板的波纹形状）以及这些结构的形成机制。别的，研究职员还展现了这些结构在差别突变植物细胞中的组装为何泛起问题，并体现这可能最终有助于刷新植物细胞的剖析要领，以用于生物燃料的生产。
纤维素作为植物细胞壁的结构因素，是一种富厚且有远景的生物燃料泉源。然而，常见的提取纤维素的手艺需要去除其他交织的大分子，这涉及使用化学溶剂、酶以及高温反应，从而增添了本钱和重大性。研究职员指出，改善对细胞壁构建方法的明确可能会开发新的、更具本钱效益的纤维素提取要领。
“近年来，研究职员探索了多种要领以提高纤维素提取历程的效率，例如，通过操控细胞壁中的一些可能造成阻碍的其他聚合物，如木糖和木质素，”研究认真人、宾州州立大学厄伯利科学学院的博士后学者Sarah Pfaff体现。“可是，‘木质部导管细胞’形成的奇异结构在这些突变植物中经常无法正常发育，导致细胞 collapse，并最终降低了植物的生长及可提取的纤维素量。在这项研究中，我们探讨了康健植物细胞中这些奇异细胞壁的组装方法，以及在突变体中这一历程是怎样泛起障碍的。”
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1047671
图片信息：纤维素的条带图案增添了植物细胞壁的稳固性，就像纸板中的瓦楞图案一样。宾夕法尼亚州立大学的生物学家开发了一种疏散植物细胞并视察这些条带模式组装的要领。
木质部导管细胞（XTE）是一种允许水分从植物根部运送到叶子的细胞，其细胞壁十分厚实。Pfaff体现，与其他细胞差别，XTE的细胞壁中，纤维素、木糖和木质素等聚合物在特定位置沉积，形成带状结构。当这些结构在突变细胞中未能正常形成时，细胞会因水分在重力作用下移动而受到的压力 collapse。
“木质部导管细胞中的带状结构类似于纸板中的波纹形状，为细胞壁增添了稳固性，”Pfaff说道。“使用古板要领，视察单个细胞变得难题，难以明确在突变细胞中这种带状结构的瓦解历程。因此，我们开发了一种新要领，使我们能够视察到单个细胞，而不受其他相近细胞的滋扰。”
这一新要领使用了原生质体，即去除细胞壁的单个植物细胞。研究职员为其提供营养，并使用普法夫所称的“基因触发器”使其分解为新类型的细胞。虽然原生质体在以往的植物研究中已经应用，但这种新要领使研究职员能够视察细胞怎样分解为奇异的XTE细胞类型。
“我们为原生质体提供了转录因子（一种基因触发器），让它们凭证这一信号生长成新细胞类型，”Pfaff诠释道。“这类似于干细胞，我们可以重新编程它们的发育运气，视察它们酿成完全差别的细胞类型。在这项研究中，我们特意诱导来自康健和突变植物的原生质体转化为木质部导管细胞，并视察它们细胞壁中的带状结构怎样形成。”
研究职员发明，纤维素与木糖之间特定的相互作用关于带的准确形成是须要的，适外地组装的聚合物网络则作为支架决议了带状结构的模式。他们还发明，差别的突变细胞中，带状结构失败的方法也各不相同。
“以往的研究主要集中于细胞内部怎样影响细胞壁的合成，而我们发明，细胞壁的结构同样会反过来影响细胞内部的情形，并且它们之间保存相互反响。这项事情提供了关于细胞壁怎样形成的主要看法，以及这些突变体在未来的可行性。”
Pfaff指出，明确细胞壁的构建关于林业、质料科学以及生物燃料生产等领域都具有主要意义。研究团队妄想使用他们的新要领探索其他类型细胞壁的形成。
“现在，我们可以在单个细胞中探索差别的基因组合，而不必将突变植物举行杂交以获取多个差别的基因特征，这可能需要数月的时间，”Pfaff说道。“我们还可以使用差别类型的基因触发器来研究其他细胞类型，这可能对植物生物学爆发普遍的影响。”
杂志：The Plant Cell
DOI：10.1093/plcell/koae233
