Coordination between cell wall integrity and cell cycle activity in plants

Plantecellevegger omgir alle planteceller og består hovedsakelig av karbohydrater som cellulose, som gir plantecellene form og mekanisk motstand. Cellulosemikrofibrer, kjent for sin styrke sammenlignbar med stål, danner ryggraden i plantefibre som har tydelig relevans i hverdagen, fra kostfiber til tekstiler. Men plantecellevegger spiller også en viktig rolle i utviklingen av nye strategier for å forbedre avlinger. En nøkkelprosess er mekanismen for vedlikehold av celleveggintegritet (CWI), som overvåker celleveggens funksjonelle tilstand og iverksetter tiltak for å opprettholde den under vekst og som respons på stress. Nylige funn har vist at forstyrrelser i CWI ikke bare påvirker celleveggens fysiske struktur, men også forstyrrer cellecyklusen. For eksempel er reduksjoner i pektinnivåer knyttet til forsinkelser i G1/S-overgangen, noe som viser at pektinavleiring spiller en direkte rolle i reguleringen av cellecyklusprogresjon. I Arabidopsis-mutanter med endret pektin- og cellulosekomposisjon har vi observert en vedvarende forsinkelse i G2/M-fasen, noe som indikerer at celleveggkomponenter er avgjørende for riktig progresjon gjennom celledeling. Interessant nok viser visse planter med endrede cellevegger forbedret motstand mot stress samtidig som veksten opprettholdes eller til og med forbedres, noe som utfordrer den klassiske teorien om "vekst-forsvars-avveiningen." Vår forskning tyder på at modifikasjoner i xyloglukan-krysskoblinger forbedrer celleveggens fleksibilitet, noe som lar plantene opprettholde vekst samtidig som de aktiverer forsvarsmekanismer som respons på biotisk stress. Disse funnene antyder at det, i motsetning til tidligere antakelser, kan være mulig å balansere vekst og forsvar i planter gjennom målrettet manipulering av celleveggens sammensetning. Med dette prosjektet ønsker vi å avdekke hvordan celleveggintegritet og cellecyklusaktivitet er koordinert, med mål om å redefinere "vekst-forsvars-avveiningen." Vår forskning kan føre til innovative strategier for å forbedre avlingsytelse ved å bedre balansen mellom vekst og motstand mot stress. Disse innsiktene kan direkte anvendes på avlingsarter som korn, og åpne for nye måter å møte den presserende utfordringen med å øke landbruksproduktiviteten på en bærekraftig måte for å støtte den økende globale befolkningen.

Plant cell walls are essential for plant development and survival. As a matter of fact, around 10% of the genes encoded by the model plant Arabidopsis thaliana are involved in cell wall-related processes, highlighting its critical relevance. This importance explains the increasing interest in this research area. However, there is limited understanding of the molecular mechanisms involved in regulating cell wall synthesis, wall modification in response to stress or during development, and coordination with physiological processes. One key element of plasticity appears to be the cell wall integrity (CWI) maintenance mechanism. This mechanism constantly monitors the functional integrity of the wall and initiates adaptive responses to CWI impairment. The host group identified a core set of CWI maintenance components through a phenotypic clustering approach, including receptor kinases, mechano-/osmo-sensitive channels and other signalling components, which are potentially involved in the detection of stimuli indicating alterations in CWI and in coordinating downstream responses. The objective of this project is to understand how the cell cycle is coordinated with CWI. This coordination has been described in other organisms such as yeasts, but not in plants. By understanding this coordination, this project aims to gain insights into the classical "growth-defense trade-off", a term used to describe the situation where plants invest resources in defence mechanisms at the expense of plant growth. We will characterise the impact of different types of cell wall impairment on the cell cycle, and investigate the signalling processes that contribute to this coordination. Additionally, we will identify novel molecular components involved in this process, and establish the impact of disruptions to CWI on plant fitness. Finally, we will identify candidate genes that could form the basis to develop new strategies to improve the performance of food and bioenergy crops.