植物初生細胞壁纖維素晶體結(jié)構新特征（2020.9.19 Plant Biotechnology Journal）

近日賓夕法尼亞州立大學Esther?W.Gomez教授在NATURE?COMMUNICATIONS上發(fā)表了題為“Preferred?crystallographic?orientation?of?cellulose?in?plant?primary?cell?walls”的研究性文章，該文章提出了纖維素晶體以前從未報道過的紋理化取向排列，并且這與植物初生細胞壁微纖維纏繞的主要假設相矛盾。

生長中的植物細胞壁是動態(tài)的，它是由纖維素、半纖維素、果膠和結(jié)構蛋白組成的異質(zhì)水合網(wǎng)絡。細胞壁中這些成分的空間組織是決定植物各向異性生長和力學特性的重要因素。纖維素是地球上最豐富的生物聚合物，是一種多功能，富含能量的物質(zhì)，存在于植物，細菌，藻類和被膜的細胞壁中。眾所周知，纖維素是結(jié)晶的，但是目前還沒有解析出垂直于細胞壁平面的纖維素結(jié)晶的取向順序。而纖維素晶體的優(yōu)先取向排列是細胞壁的機械性質(zhì)，以及纖維素-纖維素和纖維素-基質(zhì)相互作用的重要決定因素。

本文中作者利用原位掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）的方法探測洋蔥（Allium?cepa）、擬南芥（Arabidopsis?thaliana）和苔蘚（Physcomitrella?patens）的初生細胞壁中纖維素的優(yōu)選晶體取向，通過在平行和垂直于細胞壁平面的方向上進行衍射，結(jié)果表明，GIWAXS可以將細胞壁中纖維素和表皮蠟晶體的衍射解耦。進一步研究，由GIWAXS和X射線搖擺掃描組合構造的極圖顯示，纖維素晶體具有良好的晶體取向，（200）和（110）平面優(yōu)先與細胞壁平行堆疊。

綜上所述，細胞壁組裝的規(guī)范假設微纖維是以隨機取向堆疊或以允許微纖維纏繞的方式堆疊，而在本文中，植物初生細胞壁的GIWAXS表明這種描述可能不正確。相反，作者報道了一種新型的纖維素組織，其中微纖維在其相對晶體取向方面具有一定的連貫性。同時，作者在洋蔥表皮，擬南芥下胚軸和苔蘚的初生細胞壁中發(fā)現(xiàn)，細胞壁生物合成的一般機制在某種程度上導致了這種纖維素晶體結(jié)構。因此，在本文中，測量纖維素微晶相對于細胞壁平面的取向不僅揭示了以前沒有報道過的細胞壁結(jié)構方面，而且還暗示了以前從沒有考慮過的細胞壁組裝的一個方面。最后，作者期望利用晶體結(jié)構將納米和微觀尺度的纖維素結(jié)構和微原纖維的中尺度組織和植物細胞壁的宏觀力學性質(zhì)聯(lián)系起來。