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揭開果膠（pectin）合成的奧秘

圖片來源：PNAS

 

大家都知道植物的細胞有由纖維素與木質素所構成的細胞壁，但是一顆顆的植物細胞是怎麼連接在一起的呢？一定不會只是「堆」在一起，那樣只要一點點震動或風吹，植物體就會四分五裂了。

如果植物細胞是由無數個小盒子組成，這些小盒子們其實是透過一種特殊的黏合劑粘在一起，這種黏合劑就是所謂的中膠層（middle lamellae）。中膠層的主要成分是「果膠」（pectin），而果膠主要是由半乳糖醛酸（galacturonic acid）組成的聚合物。

不過，果膠的功能不僅讓植物的細胞堅固地連接在一起，還讓植物能夠抵抗外界環境的挑戰，比如疾病和乾旱。但是，植物如何製造出這種神奇的黏合劑呢？這正是科學家們一直在研究的問題。

最近，科學家發現了一個叫做NKS1的基因，參與了果膠的合成。NKS1是因為與纖維素合成酶以及許多果膠合成蛋白質在同時間表現而被發現。研究團隊發現，NKS1與QUA1和QUA2等果膠相關蛋白質形成一個大的果膠合成蛋白質複合體，對果膠的合成非常重要。

雖然先前的研究發現，NKS1與鹽耐受性有關；深入研究發現，NKS1不僅是果膠合成蛋白質複合體的一部分，並且對維持高基氏體的結構和功能也至關重要。nks1缺失會導致高基氏體形態異常，包括高基氏體膨脹和結構變形，對高基氏體內蛋白質和多醣的正常加工和運輸造成影響。

另外，nks1突變株的胚軸明顯短於野生種。nks1突變株在細胞黏附方面出現嚴重的缺陷，導致在進行冷凍電子顯微鏡觀察時細胞極易分離；另外研究團隊也發現nks1突變株非常容易被甲苯胺藍（toluidine blue）染色，顯示組織的完整性不足。

這項研究讓我們瞭解了植物如何建造和維護自己的身體。透過理解這些微觀的生物學過程，我們發現了植物世界裡微小卻至關重要的秘密，讓我們對自然的奇妙和複雜有了更深的理解和欣賞。

參考文獻：

Lathe RS, McFarlane HE, Kesten C, Wang L, Khan GA, Ebert B, Ramírez-Rodríguez EA, Zheng S, Noord N, Frandsen K, Bhalerao RP, Persson S. NKS1/ELMO4 is an integral protein of a pectin synthesis protein complex and maintains Golgi morphology and cell adhesion in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci U S A. 2024 Apr 9;121(15):e2321759121. doi: 10.1073/pnas.2321759121. Epub 2024 Apr 5. PMID: 38579009.
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