Symbiotic and pathogenic factors in plant-microbe interaction: Structural basis of C-glycoside metabolism and lipoprotein transport in bacteria
Tid: Fr 2023-12-08 kl 13.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/64106056688
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Valentina Furlanetto , Industriell bioteknologi, Divne group
Opponent: Docent Mats Sandgren, Sveriges Lantbruksuniversitet, Institutionen för molekylära vetenskaper BioCentrum
Handledare: Professor Christina Divne, Strategiskt Centrum för Biomimetiska Material, BioMime, Albanova VinnExcellence Center for Protein Technology, ProNova, Industriell bioteknologi
QC 2023-11-10
Abstract
Kommunikationen mellan växter och bakterier omfattar ett komplext kemiskt signaleringsnätverk som förmedlar svar på olika biotiska och abiotiska påfrestningar, samt etablerar symbiotiska relationer mellan olika organismer.
Den första delen av avhandlingen fokuserar på en mekanism för symbiotisk kommunikation mellan växter och bakterier och mer specifikt på hur C-glykosylerade aromatiska polyketidföreningar producerade av växter kan utnyttjas som en mekanism för växter att kommunicrea med goda bakterier. I sin glykosylerade form utgör dessa föreningar substrat for symbiotiska bakterier som i gengäld deglykosylerar dem och frigör den sockerfria delen, det aktiva aglykonet. Aglykonet kan sedan förmedla ett flertal för växten fördelaktiga funktioner, till exempel underlättande av kvävefixering eller fungera som ett antibakteriellt medel mot växtpatogener.
I avhandlingen visas att jordbakterierna Deinococcus aerius, Streptomyces canus och Microbacterium testaceum producerar enzymer som ansvarar för klyning av kol-kol-bindingen mellan sockret och aglykonet i C-glykosylföreningar. Deglykosylering kräver först oxidation av sockret med hjälp av ett oxidoreduktas, varefter kol-kol-bindningen kan klyvas av ett C-glykosyldeglykosidas (CGD). Biokemisk och strukturell karakterisering samt resultat från fylogenetiska analyser av CGD-enzymers aminosyra-sekvenser ger ny kunskap om dessa relativt outforskade enzymatiska processer, samt ökad insikt om hur C-glykosylerade aromatiska polyketider deltar i samspelet mellan växt och bakterie.
Den andra delen av avhandlingen utforskar patogena interaktioner mellan växter och bakterier. Patogena bakteriers virulens är beroende av lipoproteiner som är fästa i bakteriens yttermembran och som har en avgörande roll för bakteriens överlevnad och patogenicitet. Lokaliseringen av lipoproteier sker genom en process som förkortas Lol. Lol-systemet hos den problematiska växtpatogenen Xanthomonas campestris studerades för att bättre förstå de underliggande molekylära mekanismerna hos lokaliseringssystemet, vilket på sikt kan öppna upp för nya sätt att bekämpa bakterien. Även i detta projekt användes biokemiska, strukturella och fylogenetiska tekniker.
Sammantaget bidrog resultaten med flera nya upptäckter. För första gången kunde ett fysiskt komplex mellan de två proteinerna som ansvarar för transport av lipoproteiner bestämmas och deras inbördes interaktioner studeras. Vidare bidrog sekevensanalyser till ifrågasättande av den allmänt vedertagna modellen för hur lipoproteiner frigörs från bakteriens innermembran innan den transporteras till yttermembranet.
Enligt standardmodellen baserad på Escherichia coli extraheras lipoproteiner från innermembranet av ett membranprotein som tillhör ABC-transportörfamiljen och vars struktur bildar en asymmetrisk heterodimer. Våra bioinformatikstudie visade dock att merparten av dessa ABC-transportörer, inklusive den i X. campestris, mest troligt är homodimerer och att Escherichia coli är ett undantag snarare än en regel. Skillnaden mellan en asymmetrisk och symmetrisk ABC-transportör får även konsekvenser för flera hypoteser om hur dessa proteiner fungerar. Heterolog produktion av ABC-transportören från X. campestris bekräftade att proteinet är en homodimer.