In our previous work in transcriptional regulation of sugar, expression of genes encoding putative glycosyl hydrolases in Arabidopsis was induced by sugar starvation. They were annotated as b-galactosidase (At5g56870), ${\beta}-xylosidase$ (At5g49360) and ${\beta}-glucosidase$ (At3g60140), which belong to glycosyl hydrolase family that has a catalytic domain of polysaccharides. From the primary structure of deduced amino acid sequence, they were predicted to localize to cell wall. Further investigation of these cell wall hydrolases implicated that cell wall polysaccharides provide metabolizable sugars to nutrient allocation under sugar starvation.
Dhar, Souvik;Kim, Jinkwon;Yoon, Eun Kyung;Jang, Sejeong;Ko, Kangseok;Lim, Jun
Molecules and Cells
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제45권4호
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pp.243-256
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2022
Transcriptional regulation, a core component of gene regulatory networks, plays a key role in controlling individual organism's growth and development. To understand how plants modulate cellular processes for growth and development, the identification and characterization of gene regulatory networks are of importance. The SHORT-ROOT (SHR) transcription factor is known for its role in cell divisions in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana). However, whether SHR is involved in hypocotyl cell elongation remains unknown. Here, we reveal that SHR controls hypocotyl cell elongation via the transcriptional regulation of XTH18, XTH22, and XTH24, which encode cell wall remodeling enzymes called xyloglucan endotransglucosylase/hydrolases (XTHs). Interestingly, SHR activates transcription of the XTH genes, independently of its partner SCARECROW (SCR), which is different from the known mode of action. In addition, overexpression of the XTH genes can promote cell elongation in the etiolated hypocotyl. Moreover, confinement of SHR protein in the stele still induces cell elongation, despite the aberrant organization in the hypocotyl ground tissue. Therefore, it is likely that SHR-mediated growth is uncoupled from SHR-mediated radial patterning in the etiolated hypocotyl. Our findings also suggest that intertissue communication between stele and endodermis plays a role in coordinating hypocotyl cell elongation of the Arabidopsis seedling. Taken together, our study identifies SHR as a new crucial regulator that is necessary for cell elongation in the etiolated hypocotyl.
The nucleotide sequence of Bacillus sp. bacteriolytic enzyme gene, lytP and its flanking regions were determined. A unique open reading frame for a protein of Mw. 27, 000, and a putative terminator sequence, were found behind a concensus ribosome binding site located 8 nt upstream from ATG start codon. The primary amino acid sequence deduced from nucleotide sequence revealed a putative protein of 255 amino acid residues with an Mw. of 27, 420. No significant homology could be found between the amino acid sequence of Bacillus sp. bacteriolytic enzyme and that of other cell wall hydrolases.
The nucleotide sequence of the Paenibacillus curdlanolyticus B-6 xyn10A gene, encoding a xylanase Xyn10A, consists of 3,828 nucleotides encoding a protein of 1,276 amino acids with a predicted molecular mass of 142,726 Da. Sequence analysis indicated that Xyn10A is a multidomain enzyme comprising nine domains in the following order: three family 22 carbohydrate-binding modules (CBMs), a family 10 catalytic domain of glycosyl hydrolases (xylanase), a family 9 CBM, a glycine-rich region, and three surface layer homology (SLH) domains. Xyn10A was purified from a recombinant Escherichia coli by a single step of affinity purification on cellulose. It could effectively hydrolyze agricultural wastes and pure insoluble xylans, especially low substituted insoluble xylan. The hydrolysis products were a series of short-chain xylooligosaccharides, indicating that the purified enzyme was an endo-$\beta$-1,4-xylanase. Xyn10A bound to various insoluble polysaccharides including Avicel, $\alpha$-cellulose, insoluble birchwood and oat spelt xylans, chitin, and starches, and the cell wall fragments of P. curdlanolyticus B-6, indicating that both the CBM and the SLH domains are fully functioning in the Xyn10A. Removal of the CBMs from Xyn10A strongly reduced the ability of plant cell wall hydrolysis. These results suggested that the CBMs of Xyn10A play an important role in the hydrolysis of plant cell walls.
Ferulic acid esterase (FAE) and acetyl esterase (AE) cleave feruloyl groups substituted at the 5'-OH group of arabinosyl residues and acetyl groups substituted at O-2/O-3 of the xylan backbone, respectively, of arabinoxylans in the cell wall of grasses. In this study, the enzyme profiles of FAE, AE and polysaccharide hydrolases of the anaerobic rumen fungus Neocallimastix sp. YQ1 grown on Chinese wildrye grass hay (CW) or alfalfa hay (AH) were investigated by two $2{\times}4$ factorial experiments, each in 10-day pure cultures. The treatments consisted of two glucose levels ($G^+$: glucose at 1.0 g/L, $G^-$: no glucose) and four N sources (N1: 1.0 g/L yeast extract, 1.0 g/L tryptone and 0.5 g/L $(NH_4)_2SO_4$; N2: 2.8 g/L yeast extract and 0.5 g/L $(NH_4)_2SO_4$; N3: 1.6 g/L tryptone and 0.5 g/L $(NH_4)_2SO_4$; N4: 1.4 g/L tryptone and 1.7 g/L yeast extract) in defined media. The optimal combinations of glucose level and N source for the fungus on CW, instead of AH, were $G^-N4$ and $G^-N3$ for maximum production of FAE and AE, respectively. Xylanase activity peaked on day 4 and day 6 for the fungus grown on CW and AH, respectively. The activities of esterases were positively correlated with those of xylanase and carboxymethyl cellulase. The fungus grown on CW exhibited a greater volatile fatty acid production than on AH with a greater release of ferulic acid from plant cell wall.
Bacteriophage endolysins are peptidoglycan hydrolases composed of cell binding domain (CBD) and an enzymatically active domain. A phage endolysin CBD can be used for detecting bacteria owing to its high specificity and sensitivity toward the bacterial cell wall. We aimed to develop a method for detection of Enterococcus faecalis using an endolysin CBD. The gene encoding the CBD of ECP3 phage endolysin was cloned into the Escherichia coli expression vector pET21a. A recombinant protein with a C-terminal 6-His-tag (CBD) was expressed and purified using a His-trap column. CBD was adsorbed onto epoxy magnetic beads (eMBs). The bacterial species specificity and sensitivity of bacterial binding to CBD-eMB complexes were determined using the bacterial colony counting from the magnetic separations after the binding reaction between bacteria and CBD-eMB complexes. E. faecalis could bind to CBD-eMB complexes, but other bacteria (such as Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Streptococcus mutans, and Porphyromonas gingivalis) could not. E. faecalis cells were fixed onto CBD-eMB complexes within 1 h, and >78% of viable E. faecalis cells were recovered. The E. faecalis recovery ratio was not affected by the other bacterial species. The detection limit of the CBD-eMB complex for E. faecalis was >17 CFU/ml. We developed a simple method for the specific detection of E. faecalis using bacteriophage endolysin CBD and MBs. This is the first study to determine that the C-terminal region of ECP3 phage endolysin is a highly specific binding site for E. faecalis among other bacterial species.
화석 연료의 고갈과 환경 문제를 극복하기 위하여 식물성 바이오매스를 이용한 바이오연료의 생산이 큰 주목을 받고 있는 가운데 화학적 전처리를 하지 않은 바이오매스를 직접 분해할 수 있는 그램 양성 초호열성 세균 Caldicellulosiruptor bescii에 대한 관심이 높아지고 있다. C. bescii는 식물 세포벽을 구성하는 셀룰로스, 헤미셀룰로스 등의 분해 뿐만 아니라 세포벽을 연결시켜주는 pectin도 효율적으로 분해할 수 있는데 최근 C. bescii의 genetic tool이 개발되면서 바이오매스 분해에 관여하는 효소의 특성 규명과 아울러 대사공학적 방법으로 바이오에탄올을 생산하는 통합바이오공정(consolidated bioprocessing; CBP)의 개발이 가능케 되었다. 본 총설에서는 초고온성 세균인 C. bescii를 이용한 식물성 바이오매스의 분해와 바이오에탄올의 생산에 대한 최신 연구결과를 소개하고 향후 전망에 대해 논하고자 한다.
Liers, Christiane;Ullrich, Rene;Kellner, Harald;Chi, Do Huu;Quynh, Dang Thu;Luyen, Nguyen Dinh;Huong, Le Mai;Hofrichter, Martin;Nghi, Do Huu
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제31권10호
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pp.1438-1445
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2021
A bifunctional glycoside hydrolase GH78 from the ascomycete Xylaria polymorpha (XpoGH78) possesses catalytic versatility towards both glycosides and esters, which may be advantageous for the efficient degradation of the plant cell-wall complex that contains both diverse sugar residues and esterified structures. The contribution of XpoGH78 to the conversion of lignocellulosic materials without any chemical pretreatment to release the water-soluble aromatic fragments, carbohydrates, and methanol was studied. The disintegrating effect of enzymatic lignocellulose treatment can be significantly improved by using different kinds of hydrolases and phenoloxidases. The considerable changes in low (3 kDa), medium (30 kDa), and high (> 200 kDa) aromatic fragments were observed after the treatment with XpoGH78 alone or with this potent cocktail. Synergistic conversion of rape straw also resulted in a release of 17.3 mg of total carbohydrates (e.g., arabinose, galactose, glucose, mannose, xylose) per gram of substrate after incubating for 72 h. Moreover, the treatment of rape straw with XpoGH78 led to a marginal methanol release of approximately 17 ㎍/g and improved to 270 ㎍/g by cooperation with the above accessory enzymes. In the case of beech wood conversion, the combined catalysis by XpoGH78 and laccase caused an effect comparable with that of fungal strain X. polymorpha in woody cultures concerning the liberation of aromatic lignocellulose fragments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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