Opdagelse af protein, der regulerer plantecellevæggens mekanik

Glycosylphosphatidylinositol (GPI) forankring er en vigtig post-translationel modifikation, som binder ikke-transmembrane proteiner til den ydre folder af plasmamembranen (PM). Det deltager i mange biologiske processer ved at lette signalopfattelse, celleadhæsion, transport og metabolisme. Modne GPI-dele af eukaryoter indeholder normalt en konserveret glycan-kernestruktur og en variabel lipidhale, og lipiddelen er vigtig for at målrette GPI-forankrede proteiner (GPI-AP'er) til de destinerede steder på celleoverfladen. Forskellene i lipidstruktur indikerer derfor forskellige sorteringsveje for GPI-AP'er. GPI lipidsyntese involverer flertrins ombygningsreaktioner, som omdanner umættede fedtsyrekæder til mættede lipider og i sidste ende danner varierede lipidhaler i gær og dyr.

Planter har omkring 300 GPI-AP'er. Af flere biologiske funktioner foreslås samling af plantecellevæg som en af ​​deres nøgleroller. Mekanismerne for GPI-modifikation, især lipid-ombygning, og rollerne i cellevægsorganisering er dog stadig ret uklare.

Forskere ledet af prof. Zhou Yihua fra Institut for Genetik og Udviklingsbiologi ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) rapporterede for nylig, at BRITTLE CULM16, en glycosylphosphatidylinositol-ankerlipid-remodelase, er nødvendig for at målrette modificerede proteiner til celleoverfladen og styrer cellevæggen biomekanik.

Gennem karakterisering af ris skør culm 16 (bc16) mutant blev BC16 identificeret til at kode for en membranbundet O-acyltransferase (MBOAT) i GPI lipid remodeling og co-udtrykt med mange GPI-dannende gener. BC16 er placeret i det endoplasmatiske retikulum og Golgi-apparatet.

Ved introduktion af BC16 i en gærmutant, der mangler i en MBOAT-homolog, blev vækstdefekten af ​​gærmutanten fuldstændigt reddet, og lipidstrukturabnormaliteterne i GPI-AP'er blev stort set genoprettet. Massespektrometrianalyse af ris GPI-AP-lipider afslørede, at mættet phosphatidylinositol og phosphatidylceramid er den vigtigste GPI-lipidsammensætning i planter, og disse er stærkt reduceret i bc16-mutanten.

Ved at bruge BC1, en kendt GPI-AP involveret i dannelse af sekundær cellevæg, og adskillige GPI-AP'er som reportere, blev BC16-medieret lipid-remodellering påvist nødvendig for at målrette GPI-AP'er til specifikke mikrodomæner ved PM. Interessant nok lokaliserer cellulosesyntase CESA4 sandsynligvis også i sådanne PM-mikrodomæner, hvilket giver kritisk bevis for BC16-funktionen i cellevægsdannelse.

Desuden afslørede atomkraftmikroskopi og nanoindentationsanalyse unormal justering af celluloseholdige nanofibriller i bc16, svarende til dem i bc1, hvilket resulterer i ændrede elasticitetsmoduler og en nedsat mekanisk styrke.

Dette arbejde er det første, der forklarer afgrødes skørhed fra et biomekanisk perspektiv.

Derfor giver denne undersøgelse ny indsigt i modningen af ​​plante-GPI-lipider og skitserer en mekanisme til styring af cellevægsmekanik og planters mekaniske styrke, og tilbyder et værktøj til molekylært design af eliteafgrøder med optimal støttestyrke.

Dette arbejde, med titlen "Glycosylphosphatidylinositol anchor lipid remodeling dirigerer proteins to the plasma membrane and governs cell wall mechanics," blev udgivet i The Plant Cell den 17. august. + Udforsk yderligere

Hidtil usete glycan nanorum opretholder plantekarvægsmønster og xylem robusthed