Impact of cellulose synthase-like enzymes on heteromannan biodiversity

Abstract

Heteromannan (HM), the oldest hemicellulose, consists mainly of β-1,4-linked mannose but can also integrate glucose into its backbone. The synthesis of HMs is carried out by the Cellulose Synthase-Like A (CSLA) family of glycosyltransferases. This study investigates the structural diversity of HM polysaccharides and the specificity of CSLA proteins. To this end, all 11 CSLA isoforms of Arabidopsis thaliana as well as orthologous genes from the plant kingdom were expressed in Pichia pastoris yeast cells. This allows for the characterization of enzymes and cofactors involved in HM elongation and the investigation of the biochemical activity of previously uncharacterized classes like CSLK. CSLA members from different classes in the plant kingdom as well as CSLK from the red alga Porphyra umbilicalis catalyze the elongation of HMs and can produce different HM yields or structures.

Heteromannan (HM), die älteste Hemicellulose, besteht hauptsächlich aus β-1,4-verknüpfter Mannose, kann aber auch Glukose im Rückgrad integrieren. Die Synthese von HMs erfolgt durch die Cellulose Synthase-Like A (CSLA) Familie der Glycosyltransferasen. Diese Arbeit untersucht die strukturelle Vielfalt von HM-Polysacchariden und die Spezifität der CSLA-Proteine. Dazu wurden alle 11 CSLA-Isoformen von Arabidopsis thaliana sowie orthologe Gene aus dem Pflanzenreich in Pichia pastoris Hefezellen exprimiert. Dies ermöglicht die Charakterisierung von Enzymen und Kofaktoren, die an der HM-Verlängerung beteiligt sind, und die Untersuchung der biochemischen Aktivität bisher uncharakterisierter Klassen wie CSLK. CSLA-Mitglieder aus verschiedenen Klassen im Pflanzenreich sowie CSLK aus der Rotalge Porphyra umbilicalis katalysieren die Verlängerung von HMs und können unterschiedliche HM-Erträge oder -Strukturen produzieren.