Analysis of xyloglucan endotransglycosylase/hydrolases enzymes to seek their evolutionary origins

Abstract

Xyloglucan önemli bir polisakkarittir ve aynı zamanda hem monokot hem de ödikot türününhücre duvarı güçlendirilmesinde görev almaktadır. Ksiloglukan endotransglikozilaz/hidrolaz(XTH) enzimi, hücre duvarları içindeki ksiloglukanı parçalayabilir veya yenidenşekillendirebilir. Ksiloglukan substratlarının karakterizasyonu, hücre duvarı bileşenleri vehücre duvarı özellikleri ile ilgili olduğundan büyük önem taşımaktadır. XTH enziminin aktivitegösterdiği hücre duvarı kısmı, bitkileri dış elementlerden korur ve çevre ile etkileşime girer.Verimi arttırmak ve bitkiyi dış streslerden korumak ve hücre duvar özelliklerini manipüleedebilmek için karbonhidrat matrisini modifıye eden enzimlerin işlevlerini anlamak önemlidir.XTH, glikozid hidrolazlar 16 (GH16) enzim ailesinin üyelerinden biridir ve ksiloglukanınparçalanmasını ve yeniden bağlanmasını veya geri dönüşümü olmadan hidrolize edilmesinisağlar. Bu çalışmanın amacı, OsXTH30, OsEG16-31 (Oryza sativa), BdXTH2 (Brachypodiumdistachyon) ve HvEG16-10 (Hordeum vulgare) dahil olmak üzere atalasal ve EG16 grubu XTHenzim üyelerini araştırmaktır. Enzimlerin karakterize edilmesi ve kinetik çalışmalarının analizedilmesi için enzimlerin heterolog ifadeleri, üretimi ve saflaştırılması gerçekleştirilmiştir.OsEG16-31 ve HvEG16-10 enzimleri heterolog olarak eksprese edilememiştir. Ancak XHTaktivitesi, OsXTH30 ve BdXTH2 enzimlerinde tespit edilmiştir. BdXTH2 enzimininkarakterizasyonunda hint hurması tohumu ksiloglukanına donör substratı olarak daha yüksekafinite gösterdiği görülmüştür. XTH genleri, tohum çimlenmesi, stres toleransı, organogenez,hücre genleşmesi ve meyve olgunlaşması gibi görevlerde rol aldığından dolayı, bu genürünlerinin atasal formlarının karakterizasyonu ve enzimatik faaliyetlerinin incelenmesiamaçlanmıştır.

Xyloglucan is an important polysaccharide and is involved in strengthening the cell wall in bothmonocot and eudicot species. The xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase (XTH) enzymescan degrade or remodel xyloglucan within the cell walls. The characterization of the xyloglucansubstrates have a great importance since their involvements in the process of cell wallcomponents and properties of the cell wall. The part of the cell wall where XTH enzyme showsactivity, protects the plants from the outer elements and interacts with the environment. To beable to manipulate cell wall properties in order to enhance the yield and protect the plant fromouter stresses, it is important to understand the functions of the enzymes that are modifying thecarbohydrate matrix. XTH is one of the members of glycoside hydrolases 16 (GH16) enzymefamily and it cleaves and re-ligate or irreversibly hydrolyzes xyloglucan. The aim of this studyis investigating ancestral and EG16 group XTH enzyme members including OsXTH30,OsEG16-31 (Oryza sativa), BdXTH2 (Brachypodium distachyon), and HvEG16-10 (Hordeumvulgare). Heterologous expression, production and purification of the enzymes was performedas well as characterizing the enzymes and analyzing their kinetic studies. OsEG16-31, andHvEG16-10 enzymes could not be heterologously expressed during the period of this study, butXTH activity levels were detected from OsXTH30 and BdXTH2. The characterization ofBdXTH2 enzyme showed higher affinity for tamarind seed xyloglucan as a donor substrate.The characterization and enzymatic activities of ancestral forms of XTH gene products is aimedsince these genes have a role in seed germination, stress tolerance, organogenesis, cellexpansion, and fruit ripening.