revealing changes in molecular composition of plant cell walls on the micron-level by raman mapping and vertex component analysis (vca)

الكشف عن التغيرات في التركيب الجزيئي لجدران الخلايا النباتية على المستوى الميكروني باستخدام التخطيط الراماني وتحليل المكون الرأسي (VCA)

Clicks: 318
ID: 137216
2014
Free PDF
Article Quality & Performance Metrics
Overall Quality
Not rated
Combines reader engagement with the AI quality analysis. This article has not been analysed, so there is no overall score — reader engagement is measured and shown alongside.
AI Quality Assessment
Not analyzed
Readership in this journal
Popular

Ranked #290 of 811 articles by views in phytochemistry letters

Most read Least read

Bar heights use a square-root scale. Only the 120 most-read articles are drawn; the journal has 811 in total.

Mint this article as an NFT
Not yet minted

Create a permanent, verifiable on-chain record of this article on the Scimatic Network. The NFT is held in your Journament account, and you can withdraw it to your own wallet at any time.

5 SUSD one-off · no wallet required
Sign in to mint
Abstract
At the molecular level the plant cell walls consist of a few nanometer thick semi-crystalline cellulose fibrils embedded in amorphous matrix polymers such as pectins, hemicelluloses and lignins. The arrangement of these molecules within the cell wall in different plant tissues, cells and cell wall layers is of crucial importance for a better understanding and thus optimized utilization of plant biomass. During the last years Confocal Raman microscopy evolved as a powerful method in plant science by revealing the different molecules in context with the microstructure. In this study two-dimensional spectral maps have been acquired of micro-cross-sections of spruce (softwood) and beech (hardwood). Raman images have been derived by using univariate (band integration, height ratios) and multivariate methods (vertex component analysis, VCA). While univariate analysis only visualizes changes in selected band heights or areas, VCA separates anatomical regions and cell wall layers with the most different molecular structures by projecting the data to the identified orthogonal subspace in an interactive way and finding the endmember by repeated iteration. Beside visualization of the distinguished regions and features the underlying molecular structure can be derived based on the endmember spectra. Only one pure component spectrum (lignin from the cell corner) was extracted, while all other endmember spectra represented mixtures characteristic for the different resolved spatial areas. VCA revealed that the lumen sided S3 layer has a similar molecular composition as the pit membrane, both revealing a clear change in lignin composition compared to all other cell wall regions. Within the S2 layer a lamellar structure was visualized, which was elucidated to derive also from slight changes in lignin composition and content and might be due to successive but not uniform lignification during growth.
تتكون جدران الخلايا النباتية على المستوى الجزيئي من لُييفات سليلوزية شبه بلورية يبلغ سُمكها بضعة نانومترات، وتكون مطمورة داخل مصفوفة من بوليمرات غير متبلورة مثل البكتينات، والهيميسليلوز، واللجنين. ويحظى ترتيب هذه الجزيئات داخل الجدار الخلوي في مختلف الأنسجة والخلايا وطبقات الجدار بأهمية بالغة لفهم الكتلة الحيوية النباتية بشكل أفضل، ومن ثم تحسين استغلالها. وخلال السنوات الأخيرة، برزت مطيافية رامان المجهرية البؤرية (Confocal Raman microscopy) بوصفها تقنية متطورة وقوية في علوم النبات من خلال كشفها عن الجزيئات المختلفة وعلاقتها بالبنية الدقيقة. جرى في هذه الدراسة الحصول على خرائط طيفية ثنائية الأبعاد لمقاطع عرضية دقيقة من خشب التنوب (خشب لَيّن) وخشب الزان (خشب صَلد). واشتُقّت صور رامان باستخدام طرائق أحادية المتغير (تكامل الحِزم، ونِسَب الارتفاع) وطرائق متعددة المتغيرات (تحليل المكون الرأسي - VCA). وفي حين يقتصر التحليل أحادي المتغير على إظهار التغيرات في ارتفاعات أو مساحات حِزم مختارة فقط، يعمل تحليل المكون الرأسي على فصل المناطق التشريحية وطبقات الجدار الخلوي ذات التراكيب الجزيئية الأكثر تباينًا؛ وذلك عن طريق إسقاط البيانات على الفضاء الجزئي المتعامد المُحدد بأسلوب تفاعلي والوصول إلى المكونات الطرفية (endmembers) بالتكرار الحسابي المتتابع. وإلى جانب تصوير المناطق والسمات المتمايزة، يمكن استنتاج البنية الجزيئية الكامنة استنادًا إلى أطياف المكونات الطرفية. لم يُستخلص سوى طيف مكون نقي واحد (اللجنين من زاوية الخلية)، في حين مثلت جميع أطياف المكونات الطرفية الأخرى مخاليط مميزة لمختلف المناطق المكانية التي فُصلت بدقة. وكشف تحليل المكون الرأسي عن امتلاك طبقة S3 المحاذية للتجويف تركيبًا جزيئيًا مماثلًا لغشاء النُّقرة، حيث أظهر كلاهما تغيرًا واضحًا في تركيب اللجنين مقارنة بسائر مناطق الجدار الخلوي. كما أمكنت رؤية بنية صفيحية داخل طبقة S2، وتبيّن أنها ناجمة أيضًا عن تغيرات طفيفة في تركيب اللجنين ومحتواه، وهو ما قد يُعزى إلى عملية تَلجْنُن (lignification) متتابعة ولكن غير منتظمة أثناء النمو.
Reference Key
egierlinger2014frontiersrevealing Use this key to autocite in the manuscript while using SciMatic Manuscript Manager or Thesis Manager
Authors ;Notburga eGierlinger;Notburga eGierlinger
Journal phytochemistry letters
Year 2014
DOI
10.3389/fpls.2014.00306
URL
http://journal.frontiersin.org/Journal/10.3389/fpls.2014.00306/full
Keywords
lignin cellulose wood secondary cell wall

Citations

No citations found. To add a citation, contact the admin at info@scimatic.org

Comments

No comments yet. Be the first to comment on this article.