拟南芥木葡聚糖缺乏型根毛发育缺陷的机制

内容形式：摘要译文

半纤维素类木葡聚糖广泛存在于真双子叶植物和非禾本科单子叶植物的初生细胞壁中，有助于维持细胞壁的力学完整性。在缺失两个木葡聚糖木糖基转移酶基因（xxt1 xxt2）或五个纤维素合酶样C基因（cslc-Δ5）的拟南芥突变体中，木葡聚糖缺乏会导致根毛形态异常，但这些异常背后的细胞学与生物力学机制尚未得到探究。我们结合多种成像技术与定量建模揭示了这些机制，首先观察到木葡聚糖缺乏突变体的根毛数量更少、长度更短，且生长速度低于野生型。木葡聚糖缺乏的生毛细胞存在根毛起始缺陷，这有助于解释这些突变体中根毛稀疏的现象。突变体根毛还表现出膨压较低、细胞壁较厚和横截面较宽等特征，这些特征可解释其各向异性生长的缺失；但木葡聚糖缺乏根毛中的纤维素排列似乎正常。布里渊显微成像表明，木葡聚糖缺乏的根毛比野生型根毛更柔软。针对突变体根毛的有限元建模预测，其表面应力和生长速率均较低，且二者均与膨压成正比、与细胞壁厚度成反比。模型中的应力分布提示了木葡聚糖缺乏根毛发生膨出的潜在机制。我们提出，尽管纤维素取向决定了细胞扩张的轴向，但若缺少木葡聚糖将微纤丝相互连接成承载网络，纤维素便无法确保细胞沿该轴向扩张。这表明，基质与纤维素之间的相互作用是决定植物细胞各向异性生长的一项独立且必不可少的因素。

关键词：拟南芥 · 木葡聚糖缺乏 · 根毛发育 · 细胞壁力学 · 各向异性生长 · 有限元建模

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.13.758886v1?rss=1