2022-03-02

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plant cell 气孔发育

PECTATE LYASE LIKE12 (果胶裂解酶)PLL12通过影响保卫细胞壁来协调细胞膨压和壁力学,以实现拟南芥的适当气孔功能。

摘要:

在这里,我们使用气孔保卫细胞来研究壁力学和膨压对细胞变形的影响,并证明果胶修饰基因 PECTATE LYASE LIKE12 (PLL12) 的表达是拟南芥正常气孔动力学所必需的。使用纳米压痕和有限元建模同时测量壁模量和膨胀压力,我们发现这两个值在诱导气孔打开和关闭期间都会发生动态变化。PLL12 是保卫细胞在气孔对光的反应期间维持正常的壁模量和膨胀压力以及调节保卫细胞壁中钙交联果胶的水平所必需的。

PLL12 的保卫细胞特异性敲低导致气孔反应缺陷和叶片生长减少,这与较低的细胞增殖但正常的细胞扩张有关。总之,这些结果迫使我们修改我们对壁修饰基因如何调节壁力学和细胞加压以实现植物气孔功能和组织生长的动态细胞变形的观点。


疑问:PLL12是怎么提出的,果胶酶具体怎么去影响气孔细胞的细胞壁?是否影响表皮细胞的细胞壁,PLL12的敲除系,是否特异性针对保卫细胞有影响,是否有功能相似或者互补的基因。为什么会引起叶片生长减少,这是否意味着他对整个叶片的所有细胞壁都有影响。

背景:

1   保卫细胞变形被认为是由膨压变化驱动并受细胞壁约束。然而,细胞壁结构和代谢对变形过程中细胞生物力学和加压的影响却知之甚少。

2 生长的植物细胞的初生壁是一种复合材料,纤维素微纤维嵌入果胶中。

3:由于果胶带负电荷并形成水合凝胶,因此具有可调节的生化和生物力学特性,因此认为果胶修饰可在不同的发育环境中促进细胞扩增或者细胞分裂

4:果胶酶不仅可以直接作用于细胞壁力学,还可以通过细胞内信号通路影响细胞加压,最终驱动植物细胞扩增。

5:这里,我们整合了生物力学、遗传和生理学方法来研究果胶对植物保卫细胞细胞壁和气孔动力学的影响。

我们的纳米压痕-有限元分析揭示了野生型植物气孔对光照条件变化的反应过程中壁模量和膨胀压力的意外动态变化。我们证明了拟南芥 PL 基因 PL LIKE12 (PLL12) 是正常气孔功能所必需的,并使用纳米压痕-FEM 表明 PLL12是构建具有正常生物力学特性(包括定向壁模量和膨胀压力)的保卫细胞所必需的,可能是由于其对保护细胞壁中 HG 丰度和交联的影响。PLL12 保卫细胞特异性敲低系的表型表明该基因的保卫细胞特异性功能是细胞增殖和植物生长所必需的。

这里我想着PLL12可能是影响所有细胞的果胶合成,但是对于气孔影响更大,因为气孔需要开关运动,而其它表皮细胞不需要。

结论:

1:PLL12 编码一种假定的果胶酸裂合酶,并在拟南芥植物中广泛表达

为了研究 PL 在气孔生物学中的功能,我们首先挖掘了在 FAMA 诱导表达后收集的拟南芥转录组数据(Hachez 等,2011),FAMA 是一种驱动气孔分化的转录因子(Ohashi-Ito 和 Bergmann,2006),在所有PL 基因中, PLL12 表达在 FAMA 诱导后 48 小时上调(Hachez 等人,2011),表明在保卫细胞发育和功能中的作用(说明PLL12还是有一定特异性的,但是这里并不能确定对于其它表皮细胞是否有功能)。

第一部分介绍了PLL12的由来及其表达情况

2 :PLL12在气孔动力学中的作用

将激素脱落酸(ABA)或暗剂应用于离体叶片以诱导气孔关闭; Fusicoccin (FC)、质子泵激活剂或光被用来诱导气孔开放。

检测不用突变体的气孔动力学表型。


PLL12在保卫细胞中促进正常气孔动力学的特殊功能。


3 PLL12 平衡保卫细胞中的膨胀压力和壁力学

    猜想:PLL12 裂解保卫细胞壁中的 HG 以防止广泛的果胶交联,降低壁模量以促进气孔的打开和关闭。或者,PLL12可能会在不改变壁模量的情况下影响保卫细胞加压,或者它可能会影响这两种特性。为了解决这些假设,有必要在对生理刺激作出反应期间实时、同时测量保卫细胞中的壁模量和膨胀压力。


PLL12作用机理测量,得益于新的技术。

最终结果:PLL12 需要在保卫细胞中建立正常的细胞加压和壁力学,以促进动态气孔反应,而正常的细胞加压取决于 PLL12 在保卫细胞中的表达。

4:PLL12 表达的变化改变了保卫细胞壁中的 HG 组成

上述数据揭示了 PLL12 调节保护单元力学的物理机制。下一步是确定细胞壁的分子状态是否与 PLL12 突变体的这些物理和功能变化相关。为了检验 PLL12 在保卫细胞壁中切割 HG 以改变果胶网络状态并影响壁力学的假设,我们用识别不同形式 HG 的染料和抗体标记野生型和突变基因型的保卫细胞


图 1-3 表明过度的 HG 交联可能是在 pll12-1 保卫细胞中观察到的较高壁模量的原因,这些保卫细胞伴随着它们有缺陷的气孔打开和关闭。在 PLL12OE 保卫细胞中,速度较慢气孔的关闭和打开伴随着细胞生物力学和壁组成的更微妙的变化。

5:细胞增殖需要保卫细胞中正常的 PLL12 表达,但生长莲座叶中的细胞扩增不需要


PLL12 表达影响植物生长、表皮细胞扩增和增殖

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