Ultrastructural characterisation of the cell wall of Arabidopsis thaliana transgenic plants

The plant cell wall is a strong fibrillar network that gives each cell its stable shape. It is constituted by a network of cellulose microfibrils embedded in a matrix of polysaccharides, such as xyloglucans. To enlarge, cells selectively loosen this network. Moreover, there is a pectin-rich intercellular material, the middle lamella, cementing together the walls of adjacent plant cells. Xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases (XTHs) are a group of enzymes involved in the reorganisation of the cellulose-xyloglucan framework by catalysing cleavage and re-ligation of the xyloglucan chains in the plant cell wall, and are considered cell wall loosening agents. In the laboratory, it has been isolated and characterised a XTH gene, ZmXTH1, from an elongation root cDNA library of maize. To address the cellular function of ZmXTH1, transgenic Arabidopsis thaliana plants over-expressing ZmXTH1 (under the control of the CaMV35S promoter) were generated. The aim of the work performed was therefore the characterisation of these transgenic plants at the ultrastructural level, by transmission electron microscopy (TEM).The detailed cellular phenotype of transgenic plants was investigated by comparing ultra-thin transverse sections of basal stem of 5-weeks old plants of wild type (Col 0) and 35S-ZmXTH1 Arabidopsis plants. Transgenic plants show modifications in the cell walls, particularly a thicker middle lamella layer with respect the wild type plants, supporting the idea that the overexpression of ZmXTH1 could imply a pronounced wall-loosening. In sum, the work carried out reinforces the idea that ZmXTH1 is involved in the cell wall loosening process in maize.  

La paret cel•lular de les plantes és una xarxa fibril•lar que confereix a cada cèl•lula la seva estructura. La paret està constituïda per una xarxa de microfibrilles immerses en una matriu de polisacàrids com, per exemple, els xiloglucans. Per allargar-se, les cèl•lules relaxen selectivament aquesta xarxa de la paret. A més a més, entre dues cèl•lules existeix un espai intercel•lular ric en pectines, anomenat lamel•la mitja, que serveix per cimentar les parets de dues cèl•lules veïnes. Els Xyloglucà endotransglucosilasa/hidrolases (XTHs) són un grup d’enzims implicats en la reorganització de l’entramat de cel•lulosa-xiloglucà mitjançant la digestió i relligació de les cadenes de xiloglucà. Per això, els XTHs es consideren com a agents de relaxació de les parets cel•lulars. Al laboratori, s’ha aïllat d’un banc de cDNA d’elongació d’arrel de blat de moro un gen de XTH, anomenat ZmXTH1. Per investigar la funció de l’enzim ZmXTH1, es van generar plantes transgèniques d’Arabidopsis thaliana sobre-expressants de ZmXTH1 (sota el control del promotor CaMV35S). L’objectiu ha estat la caracterització, a nivell ultraestructural (mitjançant la microscopia electrònica de transmissió -TEM-) d’aquestes plantes transgèniques 35S::ZmXTH1. El fenotip detallat de les plantes 35S::ZmXTH1 es va comparar amb el de les plantes control mitjançant l’elaboració de talls transversals ultrafins de la tija basal provinents de plantes crescudes durant cinc setmanes. Així, les plantes transgèniques que sobre-expressen ZmXTH1 presenten una modificació de la paret cel•lular, més concretament la producció d’una lamel•la mitja molt més gruixuda que la de les plantes control. Els resultats obtinguts, reforcen la idea que l’ enzim ZmXTH1 està implicat en fenòmens de relaxació de la paret cel•lular en blat de moro.