植物初生细胞壁纤维素晶体结构新特征（2020.9.19 Plant Biotechnology Journal）

近日宾夕法尼亚州立大学Esther W.Gomez教授在NATURE COMMUNICATIONS上发表了题为“Preferred crystallographic orientation of cellulose in plant primary cell walls”的研究性文章，该文章提出了纤维素晶体以前从未报道过的纹理化取向排列，并且这与植物初生细胞壁微纤维缠绕的主要假设相矛盾。

生长中的植物细胞壁是动态的，它是由纤维素、半纤维素、果胶和结构蛋白组成的异质水合网络。细胞壁中这些成分的空间组织是决定植物各向异性生长和力學特性的重要因素。纤维素是地球上最丰富的生物聚合物，是一种多功能，富含能量的物质，存在于植物，细菌，藻类和被膜的细胞壁中。众所周知，纤维素是结晶的，但是目前还没有解析出垂直于细胞壁平面的纤维素结晶的取向顺序。而纤维素晶体的优先取向排列是细胞壁的机械性质，以及纤维素-纤维素和纤维素-基质相互作用的重要决定因素。

本文中作者利用原位掠入射广角X射线散射（GIWAXS）的方法探测洋葱（Allium cepa）、拟南芥（Arabidopsis thaliana）和苔藓（Physcomitrella patens）的初生细胞壁中纤维素的优选晶体取向，通过在平行和垂直于细胞壁平面的方向上进行衍射，结果表明，GIWAXS可以将细胞壁中纤维素和表皮蜡晶体的衍射解耦。进一步研究，由GIWAXS和X射线摇摆扫描组合构造的极图显示，纤维素晶体具有良好的晶体取向，（200）和（110）平面优先与细胞壁平行堆叠。

综上所述，细胞壁组装的规范假设微纤维是以随机取向堆叠或以允许微纤维缠绕的方式堆叠，而在本文中，植物初生细胞壁的GIWAXS表明这种描述可能不正确。相反，作者报道了一种新型的纤维素组织，其中微纤维在其相对晶体取向方面具有一定的连贯性。同时，作者在洋葱表皮，拟南芥下胚轴和苔藓的初生细胞壁中发现，细胞壁生物合成的一般机制在某种程度上导致了这种纤维素晶体结构。因此，在本文中，测量纤维素微晶相对于细胞壁平面的取向不仅揭示了以前没有报道过的细胞壁结构方面，而且还暗示了以前从没有考虑过的细胞壁组装的一个方面。最后，作者期望利用晶体结构将纳米和微观尺度的纤维素结构和微原纤维的中尺度组织和植物细胞壁的宏观力学性质联系起来。