原創解讀 | 草木聚糖結構變異導致與纖維素和木質素的獨特相互作用

小麥研究者 發佈 2023-01-13T21:13:08.829733+00:00

研究論文「Grass xylan structural variation suggests functional specialisation and distinctive interaction with cellulose and lignin.

研究論文「Grass xylan structural variation suggests functional specialisation and distinctive interaction with cellulose and lignin.」主要以禾本科模式植物之一的短柄草為研究對象,對莖細胞壁木聚糖的結構變異展開研究,為理解細胞壁形成和對細胞壁功能的理解提供了更多見解。

植物細胞壁是複雜的多糖結構。植物細胞壁有兩種廣泛而獨特的發育類型,它們的組成和分子交聯不同。原代細胞壁是高度水化的結構,具有可塑結構,使細胞能夠擴展和生長。另一方面,次生細胞壁的水化程度較低,一旦細胞停止擴張,次生細胞壁在初級細胞壁沉積後形成,是提供機械強度的剛性結構。由此可見,細胞壁組分及其分子間的相互作用對於賦予細胞壁所具有的各種特性至關重要,然而,我們對於每個細胞壁組分的空間組織的細節知之甚少。解析這些細節將能更好地理解細胞壁形成規律,預測細胞壁的屬性和功能。

圖1 GH30葡萄糖醛酸木聚糖酶或GH5阿拉伯木聚糖酶處理前後,短柄草節間橫切面木聚糖的間接免疫螢光檢測。

木聚糖是草細胞壁中含量最多的非纖維素多糖,具有重要的結構作用。這種可變半纖維素我們稱之為Glucuronoarabinoxylan (GAX)。它具有β-1,4-木糖(Xyl)殘基的線性主鏈,這些殘基可能被α-1,2-鏈(4- o -甲基)-葡萄糖醛酸(GlcA)、α-1,3-鏈阿拉伯氨基呋喃糖(Araf)取代,有時在O-2和/或O-3位置乙醯化。這些取代的作用尚不清楚,儘管有越來越多的證據表明,它們影響木聚糖與其他細胞壁成分,特別是纖維素和木質素相互作用的方式。

圖2 不同次生細胞壁木聚糖與其他細胞壁成分可能相互作用的分子模型。

本研究採用替代依賴的木聚糖內切酶研究了草莖細胞壁木聚糖替代的變異性。作者發現至少有三種不同類型的木聚糖:(a)具有均勻分布的Araf取代基,不含GlcA (AXe)的阿拉伯木聚糖;(b)具有聚簇GlcA修飾的葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖(GAXc)和(c)高度取代的葡萄糖醛酸阿拉伯木聚糖(hsGAX)。對短柄草的AXe和GAXc進行了免疫螢光定位,結果表明,這些木聚糖類型並不局限於少數幾種細胞類型,而是廣泛存在於短柄草細胞壁中。製作者假設在草細胞壁內存在功能特化的木聚糖類型。AXe的均勻取代可能允許在纖維素原纖維表面的摺疊和結合,而其他木聚糖更複雜的取代可能在基質中發揮作用並與其他細胞壁成分相互作用。

原文連結:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.16096

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