Molecular studies of cellulose synthase supercomplex from cotton fiber reveal its unique biochemical properties

纤维素 拟南芥 互补 突变体 次生细胞壁 维管束 细胞壁 ATP合酶 化学 生物化学 微纤维 纤维 生物合成 基因 生物 植物 有机化学
作者
Xingpeng Wen,Yufeng Zhai,Li Zhang,Yanjun Chen,Zhiyuan Zhu,Gang Chen,Kun Wang,Yuxian Zhu
出处
期刊:Science China-life Sciences [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (9): 1776-1793 被引量:56
标识
DOI:10.1007/s11427-022-2083-9
摘要

Cotton fiber is a highly elongated and thickened single cell that produces large quantities of cellulose, which is synthesized and assembled into cell wall microfibrils by the cellulose synthase complex (CSC). In this study, we report that in cotton (Gossypium hirsutum) fibers harvested during secondary cell wall (SCW) synthesis, GhCesA 4, 7, and 8 assembled into heteromers in a previously uncharacterized 36-mer-like cellulose synthase supercomplex (CSS). This super CSC was observed in samples prepared using cotton fiber cells harvested during the SCW synthesis period but not from cotton stem tissue or any samples obtained from Arabidopsis. Knock-out of any of GhCesA 4, 7, and 8 resulted in the disappearance of the CSS and the production of fiber cells with no SCW thickening. Cotton fiber CSS showed significantly higher enzyme activity than samples prepared from knock-out cotton lines. We found that the microfibrils from the SCW of wild-type cotton fibers may contain 72 glucan chains in a bundle, unlike other plant materials studied. GhCesA4, 7, and 8 restored both the dwarf and reduced vascular bundle phenotypes of their orthologous Arabidopsis mutants, potentially by reforming the CSC hexamers. Genetic complementation was not observed when non-orthologous CesA genes were used, indicating that each of the three subunits is indispensable for CSC formation and for full cellulose synthase function. Characterization of cotton CSS will increase our understanding of the regulation of SCW biosynthesis.
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