Caracterización funcional de la última etapa de la biosíntesis de ligninas mediante la sobreexpresión de peroxidasas en plantas modelo

Abstract

[Resumen] Las ligninas son polímeros amorfos e impermeables que se forman por la polimerización oxidativa de tres alcoholes p-hidroxicinamílicos. Se depositan en la pared celular junto con celulosa y xilanos para formar la pared secundaria de algunos tipos celulares en tejidos como el xilema. En la última etapa de su biosíntesis participan peroxidasas de clase III, difíciles de identificar por el gran número de isoformas que presentan las plantas y las múltiples funciones que pueden desempeñar. En este trabajo ZePrx, una peroxidasa de Zinnia elegans Jacq. relacionada previamente con la lignificación, se sobreexpresó en plantas de tabaco para caracterizar su efecto sobre la pared, los sistemas antioxidantes y la expresión génica. Los resultados obtenidos muestran que esta enzima permite alterar el ratio S/G de las ligninas y los polisacáridos de pared, sin causar alteraciones en el desarrollo vascular, vegetativo y reproductivo de las plantas. Esta sobreexpresión también desencadenó cambios en el ciclo ascorbato-glutatión, sugiriendo un posible papel de esta enzima en las respuestas a estrés. Además, da lugar a la regulación de múltiples genes implicados en la biosíntesis de la pared secundaria, lo que apoya su participación en la formación de la misma.

[Resumo] As ligninas son polímeros amorfos e impermeables que se forman pola polimerización oxidativa de tres alcois p-hidroxicinamílicos. Deposítanse na parede celular xunto con celulosa e xilanos para formar a parede secundaria dalgúns tipos celulares en tecidos como o xilema. Na última etapa da súa biosíntese participan peroxidasas de clase III, difíciles de identificar polo grande número de isoformas que presentan as plantas e as múltiples funcións que poden desempeñar. Neste traballo ZePrx, unha peroxidasa de Zinnia elegans Jacq. relacionada previamente coa lignificación, sobreexpresouse en plantas de tabaco para caracterizar o seu efecto sobre a parede, os sistemas antioxidantes e a expresión xénica. Os resultados obtidos mostran que esta enzima permite alterar o ratio S/G das ligninas e os polisacáridos de parede, sen causar alteracións no desenvolvemento vascular, vexetativo e reprodutivo das plantas. Esta sobreexpresión tamén provocou cambios no ciclo ascorbato-glutatión, suxerindo un posible papel de esta enzima nas respostas a estrés. Ademais, dá lugar á regulación de múltiples xenes implicados na biosíntese da parede secundaria, o que apoia a súa participación na formación da mesma.

[Abstract] Lignins are amorphous hydrophobic polymers that are synthesized by oxidative polymerization of three p-hydroxycinnamyl alcohols. Lignins, cellulose and xylan are synthesized to form the secondary cell wall of some cell types in tissues like xylem. The last step of lignins biosynthesis is catalysed by class III peroxidases. These enzymes are hard to identify because plants present a great number of isoforms that are involved in diverse functions. In this work ZePrx, a Zinnia elegans Jacq. peroxidase previously related with lignification, was overexpressed in tobacco plants to characterize its effect on the cell wall, antioxidant systems and gene expression. The obtained results show that this enzyme is able to alter lignin S/G ratio and, as a consequence, cell wall polysaccharides without changing vascular, vegetative and reproductive development of tobacco plants. This overexpression also lead to changes in the ascorbate-glutathione cycle, suggesting a possible role of this enzyme in stress response. Besides, the overexpression of ZePrx caused the regulation of multiple genes involved in secondary cell wall formation, which supports its participation in this process.