Lignin (lat Lignum „Holz“) ist ein polyphenolisches Polymer, das sich direkt in der Zellwand spezialisierter Zellen ablagert. Es ist nicht nur auf Pflanzenholzgewebe beschränkt, sondern stellt ein integrales Merkmal dar, das die ordnungsgemäße Zellfunktion vieler anderer Zelltypen in verschiedenen Geweben/Organen der Pflanze sicherstellt. Das Auftreten von Lignin während der Pflanzenevolution fiel mit der Entstehung der Gefäßlandpflanzen im Devon zusammen. Lignin ist mechanisch schwächer als Zellulose, fügt aber dennoch jeder Zellwand eine erhebliche Verstärkung hinzu und sorgt für eine zusätzliche Zugfestigkeit.
Obwohl Lignin nach Zellulose das zweithäufigste terrestrische Biopolymer ist, bleibt unser Verständnis der Ligninbildung lückenhaft. Im Gegensatz zu Zellulose, die unabhängig von der Art der Pflanzenzelle eine definierte biochemische Struktur aufweist, ist die Ligninbildung zellspezifisch und weist sowohl eine ausgeprägte subzelluläre Lokalisation als auch eine monomere Zusammensetzung auf: Ein allgemeiner Lignifizierungsmechanismus kann daher nicht für alle verholzten Zelltypen gezogen werden und könnte erklären, warum die Verholzung immer noch nur teilweise verstanden wird. Unser derzeitiges biochemisches Verständnis ist, dass sich Lignin in den Räumen zwischen den Zellulose-Mikrofibrillen durch die oxidative Kopplung von freien Lignin-Monomeren bildet, die direkt in die Pflanzenzellwand sezerniert werden.
Ein aktueller Artikel in Annals of Botany überprüft das aktuelle Verständnis der Lignin-Biosynthese und -Polymerisation und stellt fest, dass der Lignifizierungsprozess je nach Zelltyp von vollständiger Autonomie bis hin zur vollständigen Kooperation mit umgebenden Partnerzellen reicht. Die unterschiedlichen Rollen von Lignin für die Funktion jedes spezifischen Pflanzenzelltyps werden deutlich durch die multiplen phänotypischen Defekte veranschaulicht, die Knock-out-Mutanten bei der Ligninsynthese aufweisen, was erklären könnte, warum noch kein allgemeiner Mechanismus für die Lignifizierung definiert wurde.
Barros, J., Serk, H., Granlund, I. & Pesquet, E. (2015) Die Zellbiologie der Lignifizierung in höheren Pflanzen. Annals of Botany 115(7): 1053-1074. doi: 10.1093/aob/mcv046
Lignin ist ein polyphenolisches Polymer, das die Zellwand spezialisierter Pflanzenzelltypen stärkt und wasserdicht macht. Die Verholzung ist Teil des normalen Differenzierungsprogramms und der Funktion bestimmter Zelltypen, kann aber auch als Reaktion auf verschiedene biotische und abiotische Belastungen in Zellen ausgelöst werden, die ansonsten nicht verholzen würden. Die Zellwandlignifikation weist je nach betrachtetem Zelltyp spezifische Eigenschaften auf. Zu diesen Merkmalen gehören der Zeitpunkt der Lignifizierung während der Zelldifferenzierung, die Palette assoziierter Enzyme und Substrate, die subzellulären Ablagerungsorte, die Monomerzusammensetzung und die zelluläre Autonomie für die Ligninmonomerproduktion. Dieser Aufsatz gibt einen Überblick über das aktuelle Verständnis der Ligninbiosynthese und -polymerisation auf zellbiologischer Ebene. Der Lignifizierungsprozess reicht je nach Zelltyp von vollständiger Autonomie bis hin zu vollständiger Kooperation. Die unterschiedlichen Rollen von Lignin für die Funktion jedes spezifischen Pflanzenzelltyps werden durch die multiplen phänotypischen Defekte deutlich, die Knock-out-Mutanten bei der Ligninsynthese aufweisen, was erklären könnte, warum noch kein allgemeiner Mechanismus für die Lignifizierung definiert wurde. Das Spektrum der beobachteten phänotypischen Wirkungen umfasst einen veränderten Xylemsafttransport, den Verlust der mechanischen Unterstützung, einen verringerten Samenschutz und eine verringerte Ausbreitung und/oder eine erhöhte Anfälligkeit für Schädlinge und Krankheiten.
