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PNAS:高阶突变体揭示过氧化物酶作用于植物凯氏带的形成

已有 2406 次阅读 2020-11-11 08:36 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流

High-order mutants reveal an essential requirement for peroxidases but not laccases in Casparian strip lignification

第一作者Nelson Rojas-Murcia

第一单位瑞士洛桑大学

通讯作者Niko Geldner


 Abstract 


背景回顾Lignin has enabled plants to colonize land, grow tall, transport water within their bodies, and protect themselves against various stresses. Consequently, this polyphenolic polymer, impregnating cellulosic plant cell walls, is the second most abundant polymer on Earth.


提出问题:Yet, despite its great physiological, ecological, and economical importance, our knowledge of lignin biosynthesis in vivo, especially the polymerization steps within the cell wall, remains vague—specifically, the respective roles of the two polymerizing enzymes classes, laccases and peroxidases.


关键难点:One reason for this lies in the very high numbers of laccases and peroxidases encoded by 17 and 73 homologous genes, respectively, in Arabidopsis.


研究对象:Here, we have focused on a specific lignin structure, the ring-like Casparian strips (CSs) within the root endodermis.


结果1-漆酶:By reducing candidate numbers using cellular resolution expression and localization data and by boosting stacking of mutants using CRISPR-Cas9, we mutated the majority of laccases in Arabidopsis in a nonuple mutant—essentially abolishing laccases with detectable endodermal expression. Yet, we were unable to detect even slight defects in CS formation.


结果2-过氧化物酶:By contrast, we were able to induce a complete absence of CS formation in a quintuple peroxidase mutant.


结论:Our findings are in stark contrast to the strong requirement of xylem vessels for laccase action and indicate that lignin in different cell types can be polymerized in very distinct ways.


推测:We speculate that cells lignify differently depending on whether lignin is localized or ubiquitous and whether cells stay alive during and after lignification, as well as the composition of the cell wall.


 摘  要 


木质素使得植物能够殖民陆地、高生长、内部转运水分以及保护自身不受各种胁迫的损害。因此,这种遍布纤维素植物细胞壁的多酚聚合物是地球上第二多的多聚物。尽管木质素具有非常重要的生理、生态以及经济价值,但是有关植物体内木质素生物合成的见解,尤其是细胞壁中的多聚化步骤还不是很清楚,其中对于两类多聚化酶漆酶和过氧化物酶各自的功能也存在很大的认知空白。之所以形成现在这种局面, 其中之一的原因是植物中一般具有多个漆酶和过氧化物酶的编码基因,比如在拟南芥中,漆酶和过氧化物酶分别有17个和73个同源基因。本文中,作者主要聚焦于一个特殊的木质化结构,即位于根部内皮层的环状凯氏带。作者基于细胞层面分辨率的表达以及定位数据,通过基因组编辑CRISPR-Cas9技术创制了一个漆酶的九突植株,在该突变体的内皮层中几乎检测不到漆酶的表达。然而,作者在此突变体中并未观测到任何凯氏带形成的缺陷表型。相反,作者在一个过氧化物酶五突的植株中发现,凯氏带不再形成。作者的发现与木质部导管需要漆酶发挥作用的结果形成鲜明的对比,说明不同细胞类型中木质素可能是通过不同的途径进行多聚化。作者推测,细胞木质化的差异取决于木质素是局部的,还是整体的?细胞在木质化过程中和木质化后是否还存活?以及细胞壁的组成。


 通讯作者 


**Niko Geldner**


个人简介:

1998年,图宾根大学,学士;

1998-2003年,图宾根大学,博士


研究方向:植物内皮层极性建立;内皮层栓化


doi: 10.1073/pnas.2012728117


Journal: PNAS

First Published: Nov 02, 2020


p.s. 通讯往期精彩链接:

The EMBO Journal:拟南芥根组织单个细胞损伤诱导乙烯响应通路



https://blog.sciencenet.cn/blog-3158122-1257899.html

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