FUNCTIONAL ANAYSIS OF SELECTED EXO70 EXOCYST SUBUNITS IN PLANTS

Abstract

Unikátnost trichomů Arabidopsis thaliana tkví ve spojení jejich jednobuněčnosti a specifického tvaru, a tak jsme trichomy využili jako skvělý modelový systém pro výzkum mechanismů buněčné polarizace. Vývoj rostlinného těla je silně určen mechanismy buněčné polarizace a proteinový komplex exocyst je jed- ním z jejich klíčových regulátorů. Exocyst je tvořen osmi různými podjednotkami a při polarizované exo- cytóze váže sekretorické váčky na cílové membráně. Podjednotka EXO70 pomocí interakce s fosfolipidy značí konkrétní místo exocytózy na cílové membráně. Pozoruhodné zmnožení genů podjednotky EXO70 v rostlinných genomech je již obstojně zdokumentováno, nicméně zmapování funkční rozrůzněnosti jed- notlivých paralogů zatím schází. Studiem trichomů jsme odhalili specifickou funkci paralogu EXO70H4 ve vývoji sekundární bu- něčné stěny trichomu a především sekreci kalózo-syntáz. V divokém trichomu jsme popsali utváření tlus- té sekundární buněčné stěny během fáze dozrávání a její absenci u mutanta exo70H4. Dále jsme prokázali vztah mezi ukládáním křemíku a přítomností kalózy. Také jsme odhalili rozdělení plazmatické mem- brány trichomu na apikální a bazální doménu plazmatické membrány, které se liší složením fosfolipidů a schopností vázat různé paralogy EXO70. Naše výsledky mají potenciál širšího využití...

Arabidopsis thaliana trichomes are large unicellular epidermal outgrowths with a specific development and intriguing shape, which makes them an excellent cell type for our research of cell polarization mecha- nisms. Cell polarity is essential for plant development and the exocyst complex is one of its key regulators. It is an octameric protein complex that mediates polarized exocytosis and growth by targeted tethering of secretory vesicles to the plasma membrane. Its EXO70 subunit functions as a landmark for exocytosis site and physically binds the target membrane through interaction with phospholipids. A remarkable multipli- cation of EXO70 subunit paralogs in land plant genomes is well documented, but the functional diversity of these paralogs remains to be described. In trichomes we revealed the specific role of the EXO70H4 paralog in secondary cell wall deposi- tion, especially in callose synthase delivery. We documented formation of a thick secondary cell wall during the maturation phase of wild type trichome development and a lack of it in the exo70H4 mutant. Moreover, we showed evidence for silica deposition dependency on callose synthesis. Further, we unveiled the formation of apical and basal plasma membrane domains, which differ in their phospholipid compo- sition and ability to bind...