inの過剰発現は、酸化還元恒常性を変えずにリグニン生合成に影響を与える

Overexpression of in Affects Lignin Biosynthesis Without Altering Redox Homeostasis.

• Alba García-Ulloa
• Laura Sanjurjo
• Sara Cimini
• Antonio Encina
• Romina Martínez-Rubio
• Rebeca Bouza
• Luis Barral
• Graciela Estévez-Pérez
• Esther Novo-Uzal
• Laura De Gara
• Federico Pomar

抄録

クラスIII植物ペルオキシダーゼ（Prxs）は、リグニンの酸化的重合に関与している。Ｚ Ｊａｃｋ．塩基性ペルオキシダーゼ（ＺｅＰｒｘ）は、この反応を触媒することができることが以前に特徴づけられており、いくつかの同族体のリグニン生合成における役割が確認されている。本研究では、リグニン生合成への関与に注目して、その機能をさらに特徴づけるために、ZePrxを過剰発現させた。Prxs は、電子受容体として利用したり、触媒活性で活性酸素を産生したりすることで活性酸素レベルを変化させることが知られているため、アスコルビン酸-グルタチオンサイクルの代謝物や酵素を解析することで、酸化還元恒常性への影響を調べた。過剰発現により誘発されるリグニン組成や細胞代謝の改変と関連して、細胞壁の糖質組成やRNA-Seqによる遺伝子発現全体の解析を行った。その結果、ZePrxの過剰発現は細胞壁茎のシリルリグニンの増加を引き起こし、ZePrxがリグニン生合成時のシナピルアルコールの酸化に関与していることが示唆された（S-ペルオキシダーゼとしての性質と一致）。細胞壁のグルコース含量の増加と二次細胞壁生合成に関与するいくつかの遺伝子の発現の低下は、細胞壁の特性を維持するための代償応答の可能性の発生を示唆している。また、過剰発現の結果として生じる細胞の酸化還元恒常性の乱れは、APX 活性の上昇とアスコルビン酸の酸化還元状態の低下によって抑制されていた。以上の結果から、リグニン生合成における ZePrx の役割を確認するとともに、ZePrx の活性がレドックスホメオスタシスの維持を目的とした細胞内経路を変化させていることが明らかになった。

Class III plant peroxidases (Prxs) are involved in the oxidative polymerization of lignins. Z Jacq. Basic peroxidase (ZePrx) has been previously characterized as capable of catalyzing this reaction and the role in lignin biosynthesis of several of its homologous has been previously confirmed. In the present work, was overexpressed in to further characterize its function with particular attention to its involvement in lignin biosynthesis. Since Prxs are known to alter ROS levels by using them as electron acceptor or producing them in their catalytic activity, the impact of this overexpression in redox homeostasis was studied by analyzing the metabolites and enzymes of the ascorbate-glutathione cycle. In relation to the modification induced by overexpression in lignin composition and cellular metabolism, the carbohydrate composition of the cell wall as well as overall gene expression through RNA-Seq were analyzed. The obtained results indicate that the overexpression of caused an increase in syringyl lignin in cell wall stems, suggesting that ZePrx is relevant for the oxidation of sinapyl alcohol during lignin biosynthesis, coherently with its S-peroxidase nature. The increase in the glucose content of the cell wall and the reduction of the expression of several genes involved in secondary cell wall biosynthesis suggests the occurrence of a possible compensatory response to maintain cell wall properties. The perturbation of cellular redox homeostasis occurring as a consequence of overexpression was kept under control by an increase in APX activity and a reduction in ascorbate redox state. In conclusion, our results confirm the role of ZePrx in lignin biosynthesis and highlight that its activity alters cellular pathways putatively aimed at maintaining redox homeostasis.

Copyright © 2020 García-Ulloa, Sanjurjo, Cimini, Encina, Martínez-Rubio, Bouza, Barral, Estévez-Pérez, Novo-Uzal, De Gara and Pomar.