脂肪醇及其衍生物广泛存在于植物、动物及藻类中，是许多生物体表脂类的重要组分，其参与组成了植物的角质及蜡质等成分，对于花粉外壁及花药表皮等组织的正常形成具有非常重要的作用。在植物体内，脂肪醇的生物合成主要是由脂酰还原酶将脂酰ACP或脂酰CoA催化还原来完成的。近来，在水稻中发现了一个编码脂酰还原酶的花粉外壁缺陷DPW（Defective Pollen Wall）基因，该基因在水稻花药绒毡层和小孢子的质体中特异表达。dpw突变体显示出花药角质单体包括脂肪醇含量的明显减少、花粉外壁和花药绒毡层的发育异常以及雄性不育等表型。与之前已知的脂酰还原酶催化的底物是脂酰CoA不同，DPW可以将C16:0-ACP催化为C16:0脂肪醇，并且仅能利用NADPH作为其辅因子行使催化功能。　　由于目前对于脂酰还原酶底物识别及催化相关的机制了解很少，而水稻花粉外壁缺陷蛋白DPW又是第一个被发现能以脂酰ACP为底物并将其还原为脂肪醇的蛋白。因此，为了解其特异识别及催化C16-ACP底物的机制，本论文通过将DPW蛋白在大肠杆菌中异源表达和纯化，并对晶体生长条件进行筛选和优化，在利用硒代衍生物晶体通过单波长反常散射法解决相位问题后，最终解析了分辨率为3.4埃米的DPW-NADPH复合体晶体结构。　　DPW的结构显示其具有SDR超家族成员的典型特征，每个晶体学不对称单位中具有两个DPW分子，每个分子呈一个紧凑的球形结构，整体上可以分为氨基端结构域和羧基端结构域两个部分。氨基端结构域作为 DPW主要的结构域，呈一个典型的Rossmann折叠构型，具有7个平行β片，两端分别是5个和6个α螺旋。NADPH辅因子的结合及催化反应都发生在氨基端结构域中，羧基端结构域则具有两个平行β片，两端各有三个α螺旋，可能主要负责底物的结合。　　我们在将DPW与其它已知蛋白质的结构进行比对的过程中，意外地发现其与一些核苷二磷酸糖类催化有关的酶具有很高的结构相似性，推测其可能也具有催化核苷二磷酸糖类的活性。经过对水稻dpw突变体花药中的核苷二磷酸糖类的含量进行分析，发现突变体植株中的UDP葡萄糖和UDP半乳糖的含量出现了明显的降低，通过体外实验的进一步验证，确认DPW蛋白是一个双功能酶，除了具有脂酰ACP还原酶活性外，还具有UDP-葡萄糖-4-差向异构酶的活性。　　根据DPW-NADPH复合体的结构，我们分析预测了参与底物结合、催化以及辅因子结合的关键氨基酸残基。发现DPW蛋白在SDR成员中高度保守的四个氨基酸残基的位置上，仅存在酪氨酸和赖氨酸两个氨基酸残基完全一致，在丝氨酸的位置是一个苏氨酸，没有与天冬酰胺位置相对应的氨基酸残基，此外，还缺少在SDR活性中心经典质子中继系统中的存在的一个溶剂分子，表明虽然DPW中的苏氨酸、丝氨酸和赖氨酸三个氨基酸残基的位置仍很保守，但其对底物的催化机制可能存在有较大的差异。通过表达这些关键位点的突变蛋白并进行脂酰ACP还原酶和UDP-葡萄糖-4-差向异构酶的活性分析发现，这些氨基酸残基对于DPW这两个酶的活性有着不同程度的影响。　　此外，通过预测在DPW二体接触面上对于形成同源二聚体具有重要作用的氨基酸残基，并将其突变后进行酶活分析，发现这些突变蛋白的脂酰ACP还原酶的活性几乎完全丧失，但仍保留有部分的UDP-葡萄糖-4-差向异构酶活性，表明同源二聚体的形成对于DPW蛋白的脂酰ACP还原酶活性更为重要。综上所述，DPW蛋白有可能通过共用一个活性中心来行使双功能酶的催化功能，但在底物结合方式及选择性上存在有差异。　　本文的实验结果表明DPW是一个双功能酶，同时具有脂酰ACP还原酶和UDP-葡萄糖-4-差向异构酶的活性，该蛋白很可能在水稻中作为糖代谢和脂代谢两大代谢途径的交叉点，通过感知和调控这两大代谢途径参与了植物花药和花粉的发育过程。该蛋白结构的解析，为进一步了解DPW作为双功能酶的催化和调控机制奠定了结构基础，对于SDR家族其它成员的功能研究提供了新的思路，而且对于进一步研究脂酰还原酶的作用机制及发展新型脂肪醇的生物合成技术具有一定的应用价值。