Disruption of Mediator rescues the stunted growth of a lignin-deficient Arabidopsis mutant

木质素 拟南芥 突变体 调解人 苯丙素 细胞壁 细胞生物学 基因 转录因子 生物化学 生物 细胞生长 表型 化学 植物 生物合成
作者
Nicholas D. Bonawitz,Jeongim Kim,Yuki Tobimatsu,Peter N. Ciesielski,Nickolas Anderson,Eduardo Ximenes,Junko Maëda,John Ralph,Bryon S. Donohoe,Michael R. Ladisch,Clint Chapple
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:509 (7500): 376-380 被引量:333
标识
DOI:10.1038/nature13084
摘要

Lignin is a phenylpropanoid-derived heteropolymer important for the strength and rigidity of the plant secondary cell wall. Genetic disruption of lignin biosynthesis has been proposed as a means to improve forage and bioenergy crops, but frequently results in stunted growth and developmental abnormalities, the mechanisms of which are poorly understood. Here we show that the phenotype of a lignin-deficient Arabidopsis mutant is dependent on the transcriptional co-regulatory complex, Mediator. Disruption of the Mediator complex subunits MED5a (also known as REF4) and MED5b (also known as RFR1) rescues the stunted growth, lignin deficiency and widespread changes in gene expression seen in the phenylpropanoid pathway mutant ref8, without restoring the synthesis of guaiacyl and syringyl lignin subunits. Cell walls of rescued med5a/5b ref8 plants instead contain a novel lignin consisting almost exclusively of p-hydroxyphenyl lignin subunits, and moreover exhibit substantially facilitated polysaccharide saccharification. These results demonstrate that guaiacyl and syringyl lignin subunits are largely dispensable for normal growth and development, implicate Mediator in an active transcriptional process responsible for dwarfing and inhibition of lignin biosynthesis, and suggest that the transcription machinery and signalling pathways responding to cell wall defects may be important targets to include in efforts to reduce biomass recalcitrance.

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