A cell wall–localized β-1,3-glucanase promotes fiber cell elongation and secondary cell wall deposition

次生细胞壁 细胞壁 延伸率 葡聚糖酶 细胞生物学 生物物理学 化学 细胞 生物化学 生物 材料科学 极限抗拉强度 复合材料
作者
Shuai Fang,Xiaoguang Shang,Qingfei He,Weixi Li,Xiaohui Song,Baohong Zhang,Wangzhen Guo
出处
期刊:Plant Physiology [Oxford University Press]
卷期号:194 (1): 106-123 被引量:22
标识
DOI:10.1093/plphys/kiad407
摘要

Abstract β-1,3-glucanase functions in plant physiological and developmental processes. However, how β-1,3-glucanase participates in cell wall development remains largely unknown. Here, we answered this question by examining the role of GhGLU18, a β-1,3-glucanase, in cotton (Gossypium hirsutum) fibers, in which the content of β-1,3-glucan changes dynamically from 10% of the cell wall mass at the onset of secondary wall deposition to <1% at maturation. GhGLU18 was specifically expressed in cotton fiber with higher expression in late fiber elongation and secondary cell wall (SCW) synthesis stages. GhGLU18 largely localized to the cell wall and was able to hydrolyze β-1,3-glucan in vitro. Overexpression of GhGLU18 promoted polysaccharide accumulation, cell wall reconstruction, and cellulose synthesis, which led to increased fiber length and strength with thicker cell walls and shorter pitch of the fiber helix. However, GhGLU18-suppressed cotton resulted in opposite phenotypes. Additionally, GhGLU18 was directly activated by GhFSN1 (fiber SCW-related NAC1), a NAC transcription factor reported previously as the master regulator in SCW formation during fiber development. Our results demonstrate that cell wall–localized GhGLU18 promotes fiber elongation and SCW thickening by degrading callose and enhancing polysaccharide metabolism and cell wall synthesis.
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