棉纤维中存在 36-mer 纤维素合酶超复合物

发布时间：2022-05-17 11:08:43作者：辉骏生物-fitgene

世界植被每年产生约 1800 亿吨纤维素，使这种多糖成为地球上最丰富的生物大分子。它主要由维管植物、大量藻类以及一些细菌、原生生物和被囊类动物产生。用于细胞壁沉积的纤维素微纤维通常由纤维素合酶复合物 (CSC) 在质膜上合成，该复合物由葡聚糖链延长所需的至少三种纤维素合酶组成。

CSC 产生葡聚糖链，CSC 的大小可能决定微纤维结构中葡萄糖链的数量，使它们在不同的生物体中有所不同。然而，到目前为止，还没有生物化学或分子证据表明不同 CSC 中的纤维素合酶亚基的数量是否与纤维素微纤维的合成有关，该纤维素微纤维具有不同数量的葡聚糖链，该数量是强度的关键。或次生细胞壁的张力。

在次生细胞壁合成期收获的棉花（ Gossypium hirsutum ）纤维中，GhCesA4、7 和 8 异聚化组装成以前未表征的 36 种蛋白质聚合物，如纤维素合酶超复合物。

这种超级 CSC 是在使用在次生细胞壁期间收获的棉纤维细胞制备的样品中特别观察到的，但不是从棉花茎组织或从拟南芥。对这三个基因中的任何一个进行的敲除实验导致 CSC 的消失以及显着的生长缺陷，将成年植物的高度降低到野生型的四分之一以下。从这些 ghcesa 缺陷植物中收获的棉纤维绝对没有显示出次生细胞壁增厚。由野生型棉纤维制备的 CSC 显示出最高的酶活性，在从拟南芥茎或三个敲除棉花突变体之一制备的样品中发现其酶活性显着降低。

研究小组发现，GhCesA4、7 和 8 恢复了其直系同源拟南芥突变体的表型，可能是通过改造 CSC 六聚体。当使用非直系同源纤维素合酶基因进行遗传转化时，未观察到遗传互补，这表明这三个亚基中的每一个对于 CSC 的形成和完整的纤维素合酶功能都是必不可少的。

他们还报道了在不同植物材料中存在四种不同类型的纤维素微纤维：野生型棉花纤维的次生细胞壁包含 72 条葡聚糖链，初级细胞壁期的纤维细胞和 cesa 缺陷棉花突变体包含 36 -葡聚糖链，而绿豆下胚轴和云杉茎含有 24 条葡聚糖链，所有其他样品包括芹菜叶柄、棉花或拟南芥的茎组织由 18 条葡聚糖链组成。

综上所述，研究人员首次通过实验证实了棉纤维次生细胞壁合成期存在 36-mer CSC。该 36 聚体 CSC 的形成需要所有三种纤维素合酶，在 GhCesA4、7 或 8 基因之一被敲除的突变棉花品系中仅观察到同源二聚体。他们产生了世界上第一个没有次生细胞壁沉积的成熟棉纤维细胞，并揭示了棉花次生细胞壁中的纤维素微纤维由72条葡聚糖链组成。棉纤维的无细胞膜提取物能够在体外系统中合成具有高酶活性的β-1,4-葡聚糖长链。棉花 CSC 及其产品的表征将有助于我们理解控制不同植物物种中次生细胞壁生物合成的机制。

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