Die primäre Zellwandmikrofibrille von Mais: Ein neues Modell, das aus direkter Visualisierung abgeleitet wurde

Das Verständnis der molekularen Architektur der Pflanzenzellwand ist entscheidend, um das Problem der Biomasse-Rekalzitranz zu verringern, das derzeit die wirtschaftliche Biokonversion behindert. Die Parenchymzellwände aus feldtechnisch verblasstem Maisstängelmark wurden ohne Extraktionsprozesse mittels hochauflösender Atomkraftmikroskopie (AFM) direkt visualisiert. Durch das Abbilden der inneren Zellwandflächen verschiedener Zellen und unterschiedlicher Gesichter derselben Zelle konnten wir die nativen ultrastrukturellen Merkmale der primären Zellwand kartieren. Abhängig von der Dicke der nicht-zellulosischen Ablagerung erscheinen die parallelen Mikrofibrillen in verschiedenen Morphologien, die von klar definiert bis vollständig in den Wandmatrizes eingebettet reichen und die Zellwandlamelle bilden. Makrofibrillen wurden nur in der obersten Schicht der nativen primären Zellwand gefunden und schienen Bündel von elementaren Fibrillen zu sein. Diese neuartige Beobachtung führte uns zu einer neuen Hypothese für das fibrilläre Netzwerk der Zellwand und die Biosyntheseprozesse. Kurz gesagt, eine Anzahl von elementaren Fibrillen werden an einem Standort, dem des Cellulose-Synthase-Komplexes (CelS), synthetisiert und vereinigen sich zu viel größeren Makrofibrillen. Diese Makrofibrillen teilen sich schließlich an den Enden, um parallele Mikrofibrillen mit der Ablagerung anderer Zellwandkomponenten (d.h. Hemicellulosen, Pektin usw.) zu bilden, die ebenfalls evident sind. Auf der Grundlage dieser AFM-Oberflächenmessungen und aktueller unterstützender Beweise aus der Zellwandbiophysik, Biosynthese und Genomik schlagen wir ein neues molekulares Modell vor, das aus einer 36-Glucanketten-elementaren Fibrille besteht, in der die 36-Glucanketten sowohl kristalline als auch subkristalline Strukturen bilden. Wir schlagen auch ein modifiziertes Modell von CelS basierend auf kürzlich berichteten experimentellen Beweisen aus der Biosynthese der Pflanzenzellwand vor.