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Identification and spatio-temporal expression analysis of barley genes that encode putative modular xylanolytic enzymes
Plant Science ( IF 5.2 ) Pub Date : 2020-12-01 , DOI: 10.1016/j.plantsci.2020.110792
Natalie S. Betts , Helen M. Collins , Neil J. Shirley , Jose A. Cuesta-Seijo , Julian G. Schwerdt , Renee J. Phillips , Christine Finnie , Geoffrey B. Fincher , Christoph Dockter , Birgitte Skadhauge , Vincent Bulone

Abstract Arabinoxylans are cell wall polysaccharides whose re-modelling and degradation during plant development are mediated by several classes of xylanolytic enzymes. Here, we present the identification and new annotation of twelve putative (1,4)-β-xylanase and six β-xylosidase genes, and their spatio-temporal expression patterns during vegetative and reproductive growth of barley (Hordeum vulgare cv. Navigator). The encoded xylanase proteins are all predicted to contain a conserved carbohydrate-binding module (CBM) and a catalytic glycoside hydrolase (GH) 10 domain. Additional domains in some xylanases define three discrete phylogenetic clades: one clade contains proteins with an additional N-terminal signal sequence, while another clade contains proteins with multiple CBMs. Homology modelling revealed that all fifteen xylanases likely contain a third domain, a β-sandwich folded from two non-contiguous sequence segments that bracket the catalytic GH domain, which may explain why the full length protein is required for correct folding of the active enzyme. Similarly, predicted xylosidase proteins share a highly conserved domain structure, each with an N-terminal signal peptide, a split GH 3 domain, and a C-terminal fibronectin-like domain. Several genes appear to be ubiquitously expressed during barley growth and development, while four newly annotated xylanase and xylosidase genes are expressed at extremely high levels, which may be of broader interest for industrial applications where cell wall degradation is necessary.

中文翻译:

编码假定模块化木聚糖分解酶的大麦基因的鉴定和时空表达分析

摘要 阿拉伯木聚糖是细胞壁多糖,其在植物发育过程中的重塑和降解是由几类木聚糖分解酶介导的。在这里,我们介绍了十二个假定的 (1,4)-β-木聚糖酶和六个 β-木糖苷酶基因的鉴定和新注释,以及它们在大麦(Hordeum vulgare cv. Navigator)营养和生殖生长过程中的时空表达模式。预计编码的木聚糖酶蛋白均包含保守的碳水化合物结合模块 (CBM) 和催化糖苷水解酶 (GH) 10 域。一些木聚糖酶中的其他域定义了三个离散的系统发育进化枝:一个进化枝包含具有额外 N 端信号序列的蛋白质,而另一个进化枝包含具有多个 CBM 的蛋白质。同源性模型显示,所有 15 种木聚糖酶都可能包含第三个结构域,即由两个非连续序列片段折叠而成的 β-夹心结构,这些片段包含催化 GH 结构域,这可以解释为什么需要全长蛋白质才能正确折叠活性酶。类似地,预测的木糖苷酶蛋白具有高度保守的结构域结构,每个结构域都具有 N 端信号肽、分裂的 GH 3 结构域和 C 端纤连蛋白样结构域。几个基因似乎在大麦生长和发育过程中普遍表达,而四个新注释的木聚糖酶和木糖苷酶基因以极高的水平表达,这可能对需要细胞壁降解的工业应用具有更广泛的兴趣。由两个非连续序列片段折叠而成的 β 夹心,这些片段包含催化 GH 结构域,这可以解释为什么需要全长蛋白质才能正确折叠活性酶。类似地,预测的木糖苷酶蛋白具有高度保守的结构域结构,每个结构域都具有 N 端信号肽、分裂的 GH 3 结构域和 C 端纤连蛋白样结构域。几个基因似乎在大麦生长和发育过程中普遍表达,而四个新注释的木聚糖酶和木糖苷酶基因以极高的水平表达,这可能对需要细胞壁降解的工业应用具有更广泛的兴趣。由两个非连续序列片段折叠而成的 β 夹心,这些片段包含催化 GH 结构域,这可以解释为什么需要全长蛋白质才能正确折叠活性酶。类似地,预测的木糖苷酶蛋白具有高度保守的结构域结构,每个结构域都具有 N 端信号肽、分裂的 GH 3 结构域和 C 端纤连蛋白样结构域。几个基因似乎在大麦生长和发育过程中普遍表达,而四个新注释的木聚糖酶和木糖苷酶基因以极高的水平表达,这可能对需要细胞壁降解的工业应用具有更广泛的兴趣。预测的木糖苷酶蛋白共享一个高度保守的结构域结构,每个结构域都有一个 N 端信号肽、一个分裂的 GH 3 结构域和一个 C 端纤连蛋白样结构域。几个基因似乎在大麦生长和发育过程中普遍表达,而四个新注释的木聚糖酶和木糖苷酶基因以极高的水平表达,这可能对需要细胞壁降解的工业应用具有更广泛的兴趣。预测的木糖苷酶蛋白共享一个高度保守的结构域结构,每个结构域都有一个 N 端信号肽、一个分裂的 GH 3 结构域和一个 C 端纤连蛋白样结构域。几个基因似乎在大麦生长和发育过程中普遍表达,而四个新注释的木聚糖酶和木糖苷酶基因以极高的水平表达,这可能对需要细胞壁降解的工业应用具有更广泛的兴趣。
更新日期:2020-12-01
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