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分析拟南芥 IRX9/IRX9-L 和 IRX14/IRX14-L 这两对糖基转移酶基因,揭示了它们在半纤维素木葡聚糖生物合成中的关键作用。

Analysis of the Arabidopsis IRX9/IRX9-L and IRX14/IRX14-L pairs of glycosyltransferase genes reveals critical contributions to biosynthesis of the hemicellulose glucuronoxylan.

机构信息

School of Biological Sciences, University of Southampton, Boldrewood Campus, Southampton SO16 7PX, United Kingdom.

出版信息

Plant Physiol. 2010 Jun;153(2):542-54. doi: 10.1104/pp.110.154971. Epub 2010 Apr 27.

Abstract

The hemicellulose glucuronoxylan (GX) is a major component of plant secondary cell walls. However, our understanding of GX synthesis remains limited. Here, we identify and analyze two new genes from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), IRREGULAR XYLEM9-LIKE (IRX9-L) and IRX14-LIKE (IRX14-L) that encode glycosyltransferase family 43 members proposed to function during xylan backbone elongation. We place IRX9-L and IRX14-L in a genetic framework with six previously described glycosyltransferase genes (IRX9, IRX10, IRX10-L, IRX14, FRAGILE FIBER8 [FRA8], and FRA8 HOMOLOG [F8H]) and investigate their function in GX synthesis. Double-mutant analysis identifies IRX9-L and IRX14-L as functional homologs of IRX9 and IRX14, respectively. Characterization of irx9 irx10 irx14 fra8 and irx9-L irx10-L irx14-L f8h quadruple mutants allows definition of a set of genes comprising IRX9, IRX10, IRX14, and FRA8 that perform the main role in GX synthesis during vegetative development. The IRX9-L, IRX10-L, IRX14-L, and F8H genes are able to partially substitute for their respective homologs and normally perform a minor function. The irx14 irx14-L double mutant virtually lacks xylan, whereas irx9 irx9-L and fra8 f8h double mutants form lowered amounts of GX displaying a greatly reduced degree of backbone polymerization. Our findings reveal two distinct sets of four genes each differentially contributing to GX biosynthesis.

摘要

半纤维素木葡聚糖(GX)是植物次生细胞壁的主要成分。然而,我们对半纤维素 GX 的合成机制仍知之甚少。本研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)中鉴定并分析了两个新基因,IRREGULAR XYLEM9-LIKE(IRX9-L)和 IRX14-LIKE(IRX14-L),它们编码糖苷转移酶家族 43 成员,推测在木聚糖骨架延伸过程中发挥作用。我们将 IRX9-L 和 IRX14-L 置于一个遗传框架中,该框架包含六个先前描述的糖苷转移酶基因(IRX9、IRX10、IRX10-L、IRX14、FRAGILE FIBER8 [FRA8] 和 FRA8 HOMOLOG [F8H]),并研究它们在 GX 合成中的功能。双突变分析确定 IRX9-L 和 IRX14-L 分别为 IRX9 和 IRX14 的功能同源物。对 irx9 irx10 irx14 fra8 和 irx9-L irx10-L irx14-L f8h 四重突变体的表征,定义了一组基因,包括 IRX9、IRX10、IRX14 和 FRA8,它们在营养生长发育过程中主要参与 GX 的合成。IRX9-L、IRX10-L、IRX14-L 和 F8H 基因能够部分替代其相应的同源物,并发挥次要功能。irx14 irx14-L 双突变体几乎不含木聚糖,而 irx9 irx9-L 和 fra8 f8h 双突变体形成的 GX 量降低,其骨架聚合度大大降低。我们的研究结果揭示了两组各由四个基因组成的基因,它们在 GX 生物合成中发挥不同的作用。

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