Xylan ist ein wichtiges ineinandergreifendes Polysaccharid in den Zellwänden von Samenpflanzen und verfügt über eine hohe Strukturvielfalt und Zellspezifität in Bezug auf Kettenpolymerisation, Seitenketten und Modifikationen.
Eine Gruppe chinesischer Wissenschaftler hat kürzlich berichtet, dass Xylan-O-AcetylTransferase 6 (XOAT6) die Xylan-Polymerisation und -Faltung durch die Bildung eines Komplexes mit IRregular Xylem10 (IRX10) verstärkt und so die Wandstärke und Widerspenstigkeit in Reis reguliert.
Die Ergebnisse ihrer Studie wurden in veröffentlicht Die Pflanzenzelle am 12. Dezember.
Der präzise Zusammenbau struktureller Polysaccharide ist für die Gestaltung der Pflanzenarchitektur von grundlegender Bedeutung, da diese Polysaccharide komplexe Netzwerke bilden, die für die mechanische Unterstützung, Morphogenese und den Widerstand der Biomasse unerlässlich sind.
Xylane bauen die meisten Acetylester in die Zellwand ein, die die Faltung des Xylans bestimmen und seine Wechselwirkungen mit Cellulose, Lignin und anderen Wandbestandteilen beeinflussen. Um dies zu erreichen, haben Pflanzen ausgefeilte Mechanismen entwickelt, um die Xylansynthese auf mehreren Ebenen zu steuern, einschließlich der Bildung von Proteinkomplexen.
Die Identifizierung eines Komplexes von Transmembranproteinen ist immer eine anspruchsvolle Aufgabe. Nach mehreren Jahren der Bemühungen und zahlreichen Versuchen gelang es der Gruppe von Zhang Baocai und der Gruppe von Zhou Yihua vom Institut für Genetik und Entwicklungsbiologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ihren Mitarbeitern, die Komponenten von XSC durch die Durchführung eines kofraktionierten Massenspektrometrietests an Membranproteinen zu identifizieren aus Reisinternodien gewonnen.
Sie fanden heraus, dass XOAT6 mit IRX10, einer nachgewiesenen Xylan-Synthase in Reis, kofraktioniert. Weitere Experimente, einschließlich Luciferase-Komplementierungs- und Co-Immunpräzipitationstests, bestätigten, dass IRX10 und XOAT6 direkt interagieren.
Die genetische Analyse ergab, dass Mutanten mit einem Mangel an IRX10 und XOAT6 ähnliche Phänotypen aufwiesen, einschließlich eines verringerten Acetylester- und Xylosegehalts, was zu Sprödigkeit führte. Bemerkenswert ist, dass die Doppelmutante additive Effekte auf diese Phänotypen zeigte, was den genetischen Beweis dafür liefert, dass XOAT6 und IRX10 entscheidende Komponenten des XSC sind.
Biochemische In-vitro-Analysen zeigten, dass XOAT6 als authentische Xylan-Acetyltransferase fungiert. Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass rekombinantes XOAT6-Protein die durch IRX10 vermittelte Verlängerung des Xylan-Rückgrats verstärken kann, und diese Verstärkung hängt nicht nur von seiner Acetyltransferase-Aktivität ab.
Um Beweise auf Einzelmolekülebene zu erhalten, nutzte die Studie Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie, um den Xylooligomer-Polymerisationsprozess zu visualisieren.
Darüber hinaus zeigten Techniken wie Festkörper-Kernspinresonanzspektroskopie, Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie und Nanoindentationsanalysen, dass XOAT6 und IRX10 für die Xylanfaltung und die Organisation von Cellulose-Nanofibrillen von entscheidender Bedeutung sind und somit zur mechanischen Festigkeit der Zellwand beitragen.
Darüber hinaus verbesserten Mutationen in XOAT6 und/oder IRX10 die Verzuckerungseffizienz in Tests ohne Säurevorbehandlung erheblich, was auf mögliche Anwendungen dieser Erkenntnisse hinweist.
Diese Studie erweitert unser Verständnis der synergistischen Mechanismen der Xylan-Biosynthese, insbesondere der Koordination von Rückgratpolymerisation und Acetylierungsmodifikationen. Die Ergebnisse bieten auch ein Werkzeug für die Gestaltung von Pflanzenmerkmalen, die Nutzung von Biomasse und die künstliche Synthese von Polysacchariden.
Weitere Informationen:
Zhao Wen et al., XYLAN O-ACETYLTRANSFERASE 6 fördert die Xylansynthese durch Bildung eines Komplexes mit IRX10 und steuert die Wandbildung in Reis. Die Pflanzenzelle (2024). DOI: 10.1093/plcell/koae322