Grannceller samarbetar och förbereder cellväggar för vattentransport

Bernadette Sztojka visar att samarbete mellan angränsande celler är viktigt för lignifiering av vattentransporterande kärl i växter och har identifierat tre nya regulatorer involverade i denna process. Hon försvarade framgångsrikt sin avhandling vid Umeå universitet torsdagen den 10 december.

Lignin är den förening som gör växtcellväggar vattentäta och styva. Detta gör att växter kan stå upprätta och transportera vatten i sin stam. Bernadette Sztojka har studerat hur lignin syntetiseras och deponeras i cellväggarna, en process som kallas lignifiering.

Den första regulator involverad i lignifiering som Bernadette Sztojka valde att arbeta med var PIRIN2. En gen som är nära besläktad med PIRIN2 identifierades tidigare i ett cellodlingssystem och visade sig spela en potentiell roll i lignifiering. Därför bestämde hon sig för att karakterisera denna gen i växten Arabidopsis.

PIRIN2 är en negativ regulator för lignifiering men på ett celltypsspecifikt sätt. Den påverkar ligninkompositionen hos cellväggarna i dess närliggande celler där den inte uttrycks. Den finns i celler bredvid xylemkärl, som bildar vattentransporterande ”rör”.

– Vi tror att kärlen behöver en specifik ligninkomposition för att möjliggöra effektiv vattentransport och PIRIN2 ser till att de får rätt sammansättning. Jag tycker att dessa typer av samarbetsprocesser mellan celler, som den här icke-cell-autonoma lignifieringsprocessen, är fascinerande, säger Bernadette Sztojka.

För att bättre förstå den molekylära funktionen hos PIRIN2 letade hon vidare efter proteiner som interagerar med PIRIN2. Det var så hon kom över de andra två molekylära spelarna hon har studerat i sin avhandling. Ett av dessa två proteiner har motsatt effekt på biosyntesen av basmodulerna för lignin – monolignolerna – än PIRIN2. Medan PIRIN2 undertrycker syntesen av vissa typer av monolignoler som kanske inte är optimala för vattentransport, främjar detta protein det. Det andra proteinet hon identifierade har ingen direkt effekt på ligninhalten eller sammansättningen, men kopplar ligninbiosyntesen till dagtid.

Det har publicerats några studier tidigare som tyder på att lignin-biosyntetiska gener aktiveras i ett dagligt mönster, men det fanns aldrig någon regulator som styr dessa gener. Lignin är en stor kolsänka vilket innebär att mycket kol krävs för dess biosyntes. Det är därför som ligninbiosyntes måste samordnas med tillgången på resurser och det leder till den dagliga regleringen för att koppla ligninbiosyntes med kolfixering under fotosyntes.

Bernadette Sztojka menar att särskilt PIRIN2 kan vara intressant för skogsindustrin. Genom att modifiera PIRIN2 kan det vara möjligt att generera träbiomassa med olika ligninkomposition. Växter blir ofta riktigt sjuka när ligninhalten modifieras genetiskt men så är inte fallet när PIRIN2 muteras. Effekten på den kemiska sammansättningen av cellväggar är inte särskilt stark hos PIRIN2-mutanter men dessa förändringar kan fortfarande vara fördelaktiga för industriellt bruk och de äventyrar inte anläggningens verksamhet.

Bernadette Sztojka har redan planer för sin framtid.

– Jag skulle vilja fortsätta med mer tillämpad forskning och kombinera min bakgrund inom trädgårdsodling med min doktorsexamen i växtmolekylärbiologi. Det kan vara antingen inom akademin eller också näringslivet. Jag är fortfarande nyfiken på att utforska nya territorier och vill ändra lite på min forskningsinriktning.

Läs hela avhandlingen

Pressbilder. Foto: Anne Honsel

Om disputationen:

Torsdagen den 10 december 2020 försvarade Bernadette Sztojka, Institutionen för fysiologisk botanic vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln: New regulators of xylem lignification in Arabidopsis

Fakultetsopponent var Simon Hawkins, Department of Biology, University of Lille, France. Bernadette Sztojkas handledare var professor Hannele Tuominen.

Disputationen sändes live via Zoom.

För mer information, kontakta gärna:

Bernadette Sztojka, Institutionen för fysiologisk botanik
Umeå Plant Science Centre, Umeå universitet

E-post: bernadette.sztojka@umu.se