Plantecellevegger omgir hver plantecelle og består hovedsakelig av karbohydrater som cellulose, som gir mekanisk styrke. Cellulosemikrofibre, med strekkfasthet som kan sammenlignes med stål, danner ryggraden i plantefibre som brukes i mat, tekstiler og biobaserte materialer. I tillegg til sin strukturelle rolle er celleveggene også dynamiske regulatorer av vekst. Mekanismen for opprettholdelse av celleveggintegriteten (CWI) overvåker kontinuerlig veggstatusen og utløser kompenserende responser når veggene er svekket eller utsatt for stress.
Wall2Cycle-prosjektet har avdekket at CWI er direkte knyttet til cellecyklussen, prosessen som styrer celledelingen. Ved å bruke Arabidopsis som modell kombinerte vi genetisk analyse, biokjemisk profilering, bildediagnostikk og mekaniske målinger. Resultatene viser at forstyrrelser i cellulose og pektin fører til spesifikke forsinkelser i cellecyklusovergangene. For eksempel påvirker endringer i pektinavleiring G1/S-overgangen, mens flere cellulose- og pektinmutanter viser forsinkelser ved G2/M-kontrollpunktet. Disse funnene viser at celleveggsammensetningen aktivt former cellecyklusprogresjonen.
Dataene indikerer videre at reguleringsflyten er asymmetrisk: veggstatus har sterk innflytelse på cellesyklusen, men endringer i cellesyklusregulatorer har bare beskjedne effekter på veggsammensetningen, bortsett fra i transkripsjonsfaktormutanter som MYB. Mekaniske målinger med Brillouin-mikroskopi bekrefter at endringer i veggstivhet korrelerer med endrede delingsmønstre, og hormonprofilering avslører tydelige signaturer – celluloseforstyrrelser induserer jasmonsyre, mens pektinmodifikasjoner utløser salisylsyre-responser. Sammen peker disse resultatene på at veggen fungerer som et mekanisk kontrollpunkt som styrer om cellene deler seg, stopper opp eller går over til endoreduplikasjon.
Det er viktig å merke seg at noen veggmodifikasjoner bryter den klassiske avveiningen mellom vekst og forsvar. Visse mutanter opprettholder eller forbedrer veksten samtidig som de aktiverer forsvarsmekanismer, noe som tyder på at målrettet manipulering av veggkomponenter kan gjøre det mulig for planter å balansere produktivitet og motstandskraft.
Ved å avdekke hvordan CWI og cellecyklussen koordineres, gir dette prosjektet et rammeverk for å utvikle avlinger som opprettholder veksten under stress. Innsiktene er direkte relevante for korn og andre basiskulturer, og tilbyr nye strategier for å forbedre avling og motstandsdyktighet i møte med klimaendringer og global matetterspørsel.
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.
