Charakterisierung des Arabidopsis Xylan-Synthase-Komplexes

Die Hemicellulose Xylan ist sowohl in primären als auch sekundären Zellwänden vorhanden und ist das wichtigste nicht-zellulosehaltige Polysaccharid in industriell wichtiger Biomasse wie Holz und Gräsern. Trotz der zentralen Rolle der Xylane für die Entwicklung, das Wachstum, die Festigkeit der Zellwände und der Widerstandsfähigkeit der Biomasse wissen wir immer noch sehr wenig über die Organisation und Verteilung der Xylan-Biosyntheseproteine im Golgi-Apparat und wie diese Faktoren die Biosynthese von Xylan und der Zellwand beeinflussen. Um diese Lücke zu schließen, haben wir Arabidopsis thaliana IRREGULAR XYLEM 9 (AtIRX9), AtIRX10, und AtIRX14 kloniert, die an der Synthese des Xylan-Backbones beteiligt sind. Transiente Expression von fluoreszierenden Proteinfusionen in Nicotiana benthamiana zeigte, dass nur die gleichzeitige Expression von AtIRX9, AtIRX10 und AtIRX14 zu eine robuste und effiziente Golgi-Lokalisierung bewirkt, und Co-Immunopräzipitationsexperimente zeigten eindeutig Wechselwirkungen zwischen den drei Proteinen, was auf die Bildung eines heterotrimeren Proteinkomplexes hinweist. Wir stellen die Hypothese auf, dass die Funktion der Xylan-Biosyntheseenzyme durch Protein-Protein-Interaktionen und unterschiedliche intra-Golgi-Lokalisationen reguliert wird. Wir vermuten außerdem, dass AtIRX9, AtIRX10 und AtIRX14 Teil eines größeren Multiprotein Xylan-Synthase-Komplexes im Golgi sind, der aus Proteinen mit unterschiedlichen Funktionen in der Xylan-Biosynthese besteht. Ziel dieses Projekts ist es, (1) die molekularen und mechanistischen Determinanten zu identifizieren, die für die Lokalisierung von AtIRX9/10/14 im Golgi und die Wechselwirkungen zwischen diesen Proteinen verantwortlich sind, (2) die Auswirkungen einer Modulation der Lokalisierung im Golgi und Protein-Protein-Wechselwirkungen auf die Xylan-Biosynthese und Zellwandzusammensetzung in transgenen Arabidopsis-Irx-Mutanten zu untersuchen und (3) die Identifizierung des Interaktoms des Arabidopsis-Xylan-Synthase-Komplexes in planta. Das Ziel ist es, Mittel zu finden, um die Xylan-Biosynthese und die Zellwandzusammensetzung im Modellorganismus A. thaliana zu modulieren.