Different combinations of laccase paralogs nonredundantly control the amount and composition of lignin in specific cell types and cell wall layers in Arabidopsis

木质素 细胞壁 拟南芥 木质部 漆酶 次生细胞壁 细胞 电池类型 生物 功能(生物学) 生物物理学 生物化学 突变体 植物 细胞生物学 基因
作者
Leonard Blaschek,Emiko Murozuka,Henrik Serk,Delphine Ménard,Edouard Pesquet
出处
期刊:The Plant Cell [Oxford University Press]
卷期号:35 (2): 889-909 被引量:16
标识
DOI:10.1093/plcell/koac344
摘要

Abstract Vascular plants reinforce the cell walls of the different xylem cell types with lignin phenolic polymers. Distinct lignin chemistries differ between each cell wall layer and each cell type to support their specific functions. Yet the mechanisms controlling the tight spatial localization of specific lignin chemistries remain unclear. Current hypotheses focus on control by monomer biosynthesis and/or export, while cell wall polymerization is viewed as random and nonlimiting. Here, we show that combinations of multiple individual laccases (LACs) are nonredundantly and specifically required to set the lignin chemistry in different cell types and their distinct cell wall layers. We dissected the roles of Arabidopsis thaliana LAC4, 5, 10, 12, and 17 by generating quadruple and quintuple loss-of-function mutants. Loss of these LACs in different combinations led to specific changes in lignin chemistry affecting both residue ring structures and/or aliphatic tails in specific cell types and cell wall layers. Moreover, we showed that LAC-mediated lignification has distinct functions in specific cell types, waterproofing fibers, and strengthening vessels. Altogether, we propose that the spatial control of lignin chemistry depends on different combinations of LACs with nonredundant activities immobilized in specific cell types and cell wall layers.

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