Pflanzliche Zellwände bestehen in erster Linie aus Zellulose-Mikrofibrillen, die durch Hemizellulose und, in geringerem Maße, durch Pektin vernetzt sind. Die Verbindungen zwischen diesen unterschiedlichen Klassen von Polysacchariden bestimmen die biomechanischen Eigenschaften der Zellwand. Im Zeitalter der Genomik und Transkriptomik wurden zahlreiche Gene identifiziert, die an der Biosynthese von Heteromannanen (HM) beteiligt sind (Abb. 1); die meisten von ihnen müssen noch funktionell charakterisiert werden. Mit Förderung durch die Deutschen Forschungsgemeinschaft charakterisieren wir kohlenhydrataktive Enzyme, die mutmaßlich an der HM-Biosynthese beteiligt sind, indem wir sie heterolog in der Hefe Pichia pastoris und in Pflanzen (zunächst im Modell Arabidopsis thaliana) exprimieren. Nach der Expression von Cellulose-Synthase-ähnlichen A (CSLA)-Enzymen akkumulieren die Hefezellwände schnell große Mengen an HM-Polymeren (Voiniciuc et al., 2019, PNAS). Unter Verwendung dieser Plattform entdeckten wir die Aktivität der bisher uncharakterisierten CSLK-Klade und assemblierten modulare CSLA-Enzyme, die das Hefewachstum maßgeschneidert steuern (Robert et al., 2021, bioRxiv). Parallel dazu entwickeln wir neuartige Biosensoren für nicht-invasive Bildgebung und Hochdurchsatz-Screening der HM-Produktion.

Auf der Pflanzenebene charakterisieren wir natürliche Varianten und künstlich erzeugte Mutanten hinsichtlich der Veränderungen ihrer Zellwandarchitektur. Zum Beispiel haben wir entdeckt, dass die HM-Struktur das Überleben von Arabidopsis-Samen in Salzwasser beeinflusst (Abb. 2, Yang et al., 2020, New Phytol).