Glycosylphosphatidylinositol (GPI) förankring är en viktig post-translationell modifiering, som binder icke-transmembrana proteiner till den yttre broschyren av plasmamembranet (PM). Det deltar i många biologiska processer genom att underlätta signaluppfattning, cellvidhäftning, transport och metabolism. Mogna GPI-delar av eukaryoter innehåller vanligtvis en konserverad glykankärnstruktur och en variabel lipidsvans, och lipiddelen är viktig för att rikta GPI-förankrade proteiner (GPI-AP) till de avsedda platserna på cellytan. Skillnaderna i lipidstruktur indikerar därför olika sorteringsvägar för GPI-AP. GPI-lipidsyntes involverar ombyggnadsreaktioner i flera steg, som omvandlar omättade fettsyrakedjor till mättade lipider och i slutändan bildar olika lipidsvansar i jäst och djur.

Anläggningar har cirka 300 GPI-AP:er. Av flera biologiska funktioner föreslås montering av växtcellvägg som en av deras nyckelroller. Mekanismerna för GPI-modifiering, särskilt lipidombyggnad, och rollerna i cellväggsorganisationen är fortfarande ganska oklara.

Forskare under ledning av professor Zhou Yihua från Institutet för genetik och utvecklingsbiologi vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) rapporterade nyligen att BRITTLE CULM16, ett glykosylfosfatidylinositol-ankarlipidremodellas, krävs för att rikta modifierade proteiner till cellytan och styr cellväggen biomekanik.

Genom karakterisering av risbrött culm 16 (bc16)-mutant identifierades BC16 för att koda för ett membranbundet O-acyltransferas (MBOAT) i GPI-lipidombildning och samuttryckt med många GPI-bildande gener. BC16 finns i det endoplasmatiska retikulum och Golgi-apparaten.

Genom införande av BC16 i en jästmutant som saknade en MBOAT-homolog, räddades tillväxtdefekten hos jästmutanten helt och lipidstrukturavvikelserna i GPI-AP:er återställdes till stor del. Masspektrometrianalys av ris-GPI-AP-lipider avslöjade att mättad fosfatidylinositol och fosfatidylceramid är den huvudsakliga GPI-lipidkompositionen i växter, och de är kraftigt reducerade i bc16-mutanten.

Med hjälp av BC1, en känd GPI-AP involverad i sekundär cellväggsbildning, och flera GPI-APs som reportrar, visades BC16-medierad lipidombyggnad krävs för att rikta GPI-APs till specifika mikrodomäner vid PM. Intressant är att cellulosasyntas CESA4 sannolikt också lokaliseras i sådana PM-mikrodomäner, vilket ger kritiska bevis för BC16-funktionen i cellväggsbildning.

Vidare avslöjade atomkraftsmikroskopi och nanoindentationsanalys onormal inriktning av cellulosahaltiga nanofibriller i bc16, liknande de i bc1, vilket resulterar i förändrade elasticitetsmoduler och en minskad mekanisk styrka.

Detta arbete är det första som förklarar grödans sprödhet ur ett biomekaniskt perspektiv.

Därför ger denna studie nya insikter om mognad av växt GPI-lipider och skisserar en mekanism för att styra cellväggsmekanik och växtens mekaniska styrka, och erbjuder ett verktyg för molekylär design av elitgrödor med optimal stödstyrka.

Detta arbete, med titeln "Glycosylphosphatidylinositol anchor lipid remodeling dirigers proteins to the plasma membrane and governs cell wall mechanics," publicerades i The Plant Cell den 17 augusti. + Utforska vidare

Oöverträffade nanokompartment för glykan upprätthåller mönstring av växtkärlsvägg och xylem robusthet