Substrate Specificity of LACCASE8 Facilitates Polymerization of Caffeyl Alcohol for C-Lignin Biosynthesis in the Seed Coat of Cleome hassleriana

木质素 松柏醇 拟南芥 拟南芥 生物 生物化学 咖啡酸 生物合成 植物 突变体 基因 抗氧化剂
作者
Xin Wang,Chunliu Zhuo,Xirong Xiao,Xiaoqiang Wang,Maite L. Docampo Palacios,Fang Chen,Richard A. Dixon
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:32 (12): 3825-3845 被引量:72
标识
DOI:10.1105/tpc.20.00598
摘要

Catechyl lignin (C-lignin) is a linear homopolymer of caffeyl alcohol found in the seed coats of diverse plant species. Its properties make it a natural source of carbon fibers and high-value chemicals, but the mechanism of in planta polymerization of caffeyl alcohol remains unclear. In the ornamental plant Cleome hassleriana, lignin biosynthesis in the seed coat switches from guaiacyl lignin to C-lignin at ∼12 d after pollination. Here we found that the transcript profile of the laccase gene ChLAC8 parallels the accumulation of C-lignin during seed coat development. Recombinant ChLAC8 oxidizes caffeyl and sinapyl alcohols, generating their corresponding dimers or trimers in vitro, but cannot oxidize coniferyl alcohol. We propose a basis for this substrate preference based on molecular modeling/docking experiments. Suppression of ChLAC8 expression led to significantly reduced C-lignin content in the seed coats of transgenic Cleome plants. Feeding of 13C-caffeyl alcohol to the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) caffeic acid o-methyltransferase mutant resulted in no incorporation of 13C into C-lignin, but expressing ChLAC8 in this genetic background led to appearance of C-lignin with >40% label incorporation. These results indicate that ChLAC8 is required for C-lignin polymerization and determines lignin composition when caffeyl alcohol is available.
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