Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Pectin methylesterases (PMEs) catalyze the demethylesterification of cell wall polygalacturonans, and this is thought to play important roles in cell wall extensibility and intercellular adhesion. In addition, PMEs influence many physiological processes, such as stem elongation, root development, fertilization, fruit softening, and xylogenesis. This study focuses on establishing gene expression profiles for transgenic poplar (Populus tremula L. x P. tremuloides Michx.) lines, over-expressed (PME 2B and PME 7) and suppressed (PME 5 and PME 6N), in the expression of PME1. Employment of a transcriptomic approach; spotted poplar cDNA 25 K microarrays, allowed for a simultaneous analysis of about 17,000 genes, gaining insight into effects on plant cell metabolism. A concluding remark of the outcome of the microarray experiment was rejection of the hypothesis that lignin biosynthesis is regulated on a transcriptional level, even though the lignin content was altered, as demonstrated by previous molecular characterizations. Thus, to connect lignification with pectin modification machinery, alternative hypothesis were tested and revealed a higher abundance of H2O2 and peroxidases in the PME over-expressing lines, compared to wild-type line, confirming a positive correlation between the lignin content, H2O2, and peroxidase activity. Furthermore, the up-regulation of a callose synthase gene in the xylem of one suppressed line; in addition to formation of tyloses, as a reaction of PME suppression, indicated a putative defense response. Many other genes involved in oxidative stress responses were observed significantly affected in transgenic lines. This unexpected result implicated activation of signaling cascades and signal transduction through critical stress pathways such as the salicylic acid, jasmonate and ethylene pathways. It might be speculated that the stress signaling was triggered by the elicitor oligogalacturonic acid (OGA), derived from the cell wall, as a result of its altered chemical composition, and that the lines may exhibit an increased pathogen/stress resistance.

Pektinmetylesteras (PME) catalyserar demetylesterifieringen av
cellväggspolygalakturons, vilket anses spela viktiga roller i bl. a. cellväggens
utsträckningsmöjligheter och intercellulär vidhäftning. Dessutom påverkar PME åtskilliga
fysiologiska processer, såsom stamförlängning, rotutveckling, befruktning, fruktuppmjukning
och xylogenes. Denna studie fokuser på att etablera genuttrycksprofiler for transgena
poppellinjer (Populus tremula L. x P. tremuloides Michx.), överuttryckta (PME 2B och PME
7) och underuttryckta (PME 5 och PME 6N), i uttrycket av PME1. Användandet av ett
transkriptomiskt tillvägagångssätt; 25 K cDNA mikromatriser, tillät en samtidig analys av ca
17 000 gener, vilket gav en inblick i inverkan på växtcellmetabolismen. En slutsats av
mikromatrisexperimentet var förkastandet av hypotesen att ligninbiosyntesen är reglerad på
en transkriptionell nivå, trots det faktum att lignininnehållet faktiskt förändrats, vilket kunnat
påvisas av tidigare molekylär karaktärisering. Följaktligen, för att anknyta lignifiering med
pektinmodifieringsmaskineriet, alternativa hypoteser testades vilka påvisade en högre
förekomst av H2O2 och peroxidaser i PME-överuttryckta linjer kontra vildtypslinje, vilket
bekräftade en positiv korrelering av lignininnehåll, H2O2 och peroxidasaktivitet. Vidare,
överuttrycket av en kallossyntasgene i xylemet hos en underuttryckt linje, samt uppkomst av
tyloser som en reaktion på PME-underuttryck, indikerade på en trolig försvarsreaktion.
Slutligen, flera andra gener involverade i oxidativ stress respons observerades som
signifikant påverkade i transgena linjer. Detta oväntade resultat antydde aktivering av
signaleringskaskader och signalförmedlingar via kritiska stressvägar, såsom salicylsyra-,
jasmonat- och etylenvägar. Man kan spekulera i huruvuda stresssignalleringen var framkallad
av stresssignalmolekylen oligogalakturonsyra (OGA), vars ursprung förmodlingen finns
beläget i cellväggen, vilket återspeglar dess förändrade kemiska sammansätting; samt om
dessa transgena linjer eventuellt uppvisar en ökad resistens mot patogen och stress.
Keywords: Populus spp., tyloses, wood formation, callose, oligogalacturonic acid, oxidative
stress signaling pathways, pectin methylesterase, microarray, peroxidase activity, H2O2.