葉の細胞壁のO-アセチルとメチルのエステル化パターンは、酢酸とメタノールの大気放出シグネチャに反映されている

Cell wall O-acetyl and methyl esterification patterns of leaves reflected in atmospheric emission signatures of acetic acid and methanol.

• Rebecca A Dewhirst
• Cassandra A Afseth
• Cristina Castanha
• Jenny C Mortimer
• Kolby J Jardine

抄録

植物は、一般的にペクチンの脱メチル化に由来すると考えられているメタノール（meOH）を高率で放出しており、これは生物学的ストレス時に増加する。一方，酢酸（AA）の排出量とその発生源については，あまり知られていない。本研究では、発育段階の異なるカリフォルニアポプラ（Populus trichocarpa）の葉を乾燥させ、meOHとAAの総排出量、バルク細胞壁のアセチル化とメチル化含量を定量した。若い葉ではmeOH（140μmol m-2）とAA（42μmol m-2）の排出量が多かったが，成熟葉（meOH：69％，AA：60％）と老齢葉（meOH：83％，AA：76％）では排出量が減少した。対照的に、AA/meOH排出量の比率は、葉の発達とともに増加した（若葉：35％、成熟葉：43％、老葉：82％）。これは、葉のバルク細胞壁のO-アセチル/メチルエステル比率のパターン（若葉：35％、成熟葉：38％、老葉：51％）を模倣しており、これは、O-アセチルの増加とメチルエステル含量の減少に駆動される。この結果は、細胞壁の脱エステル化からのmeOHとAAの放出源と一致しており、若くて拡大した組織では、高度にメチル化されたペクチンが生成され、それが徐々に脱メチルエステル化されていく。我々は、構造的な炭水化物のエステル化パターンの迅速な表現型スクリーニングのための潜在的なツールとして、AA/meOH放出比の定量化を強調しています。

Plants emit high rates of methanol (meOH), generally assumed to derive from pectin demethylation, and this increases during abiotic stress. In contrast, less is known about the emission and source of acetic acid (AA). In this study, Populus trichocarpa (California poplar) leaves in different developmental stages were desiccated and quantified for total meOH and AA emissions together with bulk cell wall acetylation and methylation content. While young leaves showed high emissions of meOH (140 μmol m-2) and AA (42 μmol m-2), emissions were reduced in mature (meOH: 69%, AA: 60%) and old (meOH: 83%, AA: 76%) leaves. In contrast, the ratio of AA/meOH emissions increased with leaf development (young: 35%, mature: 43%, old: 82%), mimicking the pattern of O-acetyl/methyl ester ratios of leaf bulk cell walls (young: 35%, mature: 38%, old: 51%), which is driven by an increase in O-acetyl and decrease in methyl ester content with age. The results are consistent with meOH and AA emission sources from cell wall de-esterification, with young expanding tissues producing highly methylated pectin that is progressively demethyl-esterified. We highlight the quantification of AA/meOH emission ratios as a potential tool for rapid phenotype screening of structural carbohydrate esterification patterns.