トウモロコシの根の伸長：Ⅰ型およびⅡ型一次細胞壁由来の多糖類のゾーン特異的な組み合わせ

Elongating maize root: zone-specific combinations of polysaccharides from type I and type II primary cell walls.

• Liudmila V Kozlova
• Alsu R Nazipova
• Oleg V Gorshkov
• Anna A Petrova
• Tatyana A Gorshkova

抄録

細胞壁多糖類の動態は、細胞壁力学を調節し、植物細胞の肥大化成長を制御している可能性がある。イネ科植物の II 型一次細胞壁の特徴的な構成は、細胞の肥大化に特異的なメカニズムを利用していることを示唆している。我々は、トウモロコシの根に沿った5つのゾーンのトランスクリプトームを特徴づけ、多数の糖転移酵素の遺伝子の発現をクラスター化し、広範な免疫組織化学的解析を行い、細胞壁多糖類の変化をイネ科の細胞発生の重要な段階に関連付けることに成功した。細胞壁形成の特定のパターンは、伸長成長の開始、実現、停止を区別している。メリステムと初期伸長帯の細胞壁は、I型とII型の特異的な多糖類の混合物である。キシログルカンとホモガラクツロナンは、グルカンとグルクロノアラビノキシランとともに活発に合成されます。また、分岐した1,4-ガラクタンとアラビナンの側鎖を持つラムノガラクツロナン-Iは、発生の過程で細胞壁に留まっていました。このように、I型一次細胞壁構成要素を生成するための機械系が完全に確立され、作動している。また、グルカンとグルクロノアラビノキシランの合成に関与する糖転移酵素の発現は、活性期または伸長期の後期にピークを迎える。これらの知見は、イネ科植物の細胞成長のパズルを解くために一緒に組み合わされるべきジグソーパズルのピースの数を広げている。

The dynamics of cell wall polysaccharides may modulate the cell wall mechanics and thus control the expansion growth of plant cells. The unique composition of type II primary cell wall characteristic of grasses suggests that they employ specific mechanisms for cell enlargement. We characterized the transcriptomes in five zones along maize root, clustered the expression of genes for numerous glycosyltransferases and performed extensive immunohistochemical analysis to relate the changes in cell wall polysaccharides to critical stages of cell development in Poaceae. Specific patterns of cell wall formation differentiate the initiation, realization and cessation of elongation growth. Cell walls of meristem and early elongation zone represent a mixture of type I and type II specific polysaccharides. Xyloglucans and homogalacturonans are synthesized there actively together with mixed-linkage glucans and glucuronoarabinoxylans. Rhamnogalacturonans-I with the side-chains of branched 1,4-galactan and arabinan persisted in cell walls throughout the development. Thus, the machinery to generate the type I primary cell wall constituents is completely established and operates. The expression of glycosyltransferases responsible for mixed-linkage glucan and glucuronoarabinoxylan synthesis peaks at active or late elongation. These findings widen the number of jigsaw pieces which should be put together to solve the puzzle of grass cell growth.