細胞壁組裝中的乙醯化

2021-02-13 ThePlantCell

譯:Yue Rui, TPC Assistant Features Editor

Zhang et al. 在The Plant Cell在線發表了題為Arabinosyl Deacetylase Modulates the Arabinoxylan Acetylation Profile and Secondary Wall Formation的研究論文,報導了水稻中的一個去乙醯化酶在調控細胞壁乙醯化中起重要作用。

背景:植物細胞被多種結構不同的多聚物包圍,它們組裝成一個纖維網狀系統,形成細胞壁。乙醯化是細胞壁多聚物的一種常見化學修飾,它影響多聚物的物理化學性質,並決定多聚物之間如何互相作用。越來越多的證據顯示細胞壁多聚物的乙醯化受到嚴格的控制,這說明植物中存在一個調控體系用以協調細胞壁結構和植物生長。阿拉伯木聚糖是細胞壁中的一種重要的半纖維素多糖,它可以被乙醯化修飾。植物根據生長需要平衡乙醯化和去乙醯化,進而調節木聚糖構象,而木聚糖通過雙重、三重構象與細胞壁中的另外兩種主要成分纖維素和半纖維素相結合。因此,全面地了解木聚糖乙醯化的調控機制對於闡明細胞壁結構和功能具有重要意義。

科學問題:我們想知道植物如何根據生長需要調節並建立相應的細胞壁乙醯化模式。基於我們之前發現的一個新的去乙醯化酶家族,我們希望從中找到一個能夠控制乙醯化模式和木聚糖構象的新的去乙醯化酶。

研究結果:我們通過從水稻節間中提取總膜蛋白、輔以酶活實驗的方法篩到了可能參與阿拉伯木聚糖修飾的乙醯酯酶。通過蛋白質譜分析我們進一步找到了幾個GDSL酯酶,DARX1就是其中之一。DARX1基因突變導致木聚糖的阿拉伯糖支鏈乙醯化水平升高,而體外重組的DARX1蛋白則可以降低其乙醯化水平。通過固體核磁共振波譜和原子力顯微鏡得到的數據顯示darx1突變體中異常的乙醯化模式改變了阿拉伯木聚糖的構象和纖維素微纖絲的排列方向,並進一步導致次生細胞壁結構受損、機械強度下降。我們發現的這一新的阿拉伯木聚糖去乙醯酶有助於進一步理解阿拉伯木聚糖乙醯化模式及其構象是如何建立的,對於培育健康、優質的作物也提供了新的思路。

展望:木聚糖支鏈中發生的微小變化如何對細胞壁結構產生巨大影響?對諸如DARX1的更多的乙醯酯酶進行功能性分析將會有助於我們理解多糖乙醯化模式和細胞壁結構之間的複雜關係,對揭示細胞壁是如何構建的也很重要。

論文連結:

https://doi.org/10.1105/tpc.18.00894

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