Proteome characterization of sugarcane primary cell wall

• Main Author: Maria Juliana Calderan Rodrigues
• Other Authors: Carlos Alberto Labate
• Language: English
• Published: Universidade de São Paulo 2012
• Subjects: Cana-de-açúcar; Etanol; Parede celular vegetal; Proteínas; Ethanol; Plant Cell Wall; Proteins; Sugarcane
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-20122012-160756/

This study provides information to support the use of plant cell wall, from sugarcane bagasse, to produce cellulosic ethanol. Therewith, cell wall proteins from sugarcane cells cultures, leaves and culms were identified. To do so, different protocols were used. Using two-month-old leaves and culms, the extractions were performed using a destructive method, based on griding the tissues, submitting them to a growing gradient of succrose and centrifugation, being the cell wall extract later isolated by washing on a nylon net. After that, the cell wall proteins were extracted using two salts, 0,2 M CaCl2 and 2 M LiCl. Using cultured cells, a similar protocol was used, but it had a previous step of separation of the cell wall through grinding and precipitation in glycerol 15%. Using culms of the same age, a nondestructive protocol was tested based on vacuum infiltration of the tissues in the same salts already described, 0,2 M CaCl2 and 2 M LiCl, and posterior centrifugation. Two replicates were used from two-month-old plants and three in the case of suspension cells. The complex samples were digested, fractionated and sequenced through mass spectrometry, using SYNAPT G2HDMS coupled to nanoACQUITY, both from Waters. Peptides were processed using ProteinLynx 2.5 Global Server against sugarcane translated-EST database. Using bioinformatic programs, such as Blast2GO, it was possible to find the annotation and classification of similar proteins. Only proteins equally found in all repetitions were considered in the main analysis. SignalP, WolfPSORT, TargetP, TMHMM and Predotar were used to predict the subcellular location, both from ESTs and blasted proteins, and only the proteins predicted to be secreted in two or more programs were considered as cell wall proteins. Altogether, 157 different SAS related to sugarcane cell wall were found. Among these, 101 different cell wall proteins were characterized from eight functional classes. The method based on vacuum infiltration seems to be the most efficient one, since it had almost half, 48,84% of the proteins predicted to be secreted, which is a good percentage when comparing to other studies. From secreted proteins most of them were related to lipid metabolism, as lipid-transfer proteins, oxido-reductases, such as peroxidases, cell wall modifying enzymes, like glycoside-hydrolases, proteases, proteins with interacting domains, signaling proteins and several others. Results are in agreement with the expected role of the extracellular matrix in polysaccharide metabolism and signaling phenomena. Therefore, this work provided valuable information about sugarcane cell wall that can lead to future studies to enhance cellulosic ethanol production. === Este estudo fornece informação para auxiliar o uso da parede celular vegetal, a partir do bagaço de cana, para a produção de etanol celulósico. Com isso, as proteínas da parede celular de folhas, colmos e células em suspensão foram identificadas. Para isso, foram utilizados diferentes protocolos. Utilizando folhas e colmos de cana-de-açúcar de dois meses de idade, as extracções foram realizadas por meio de método destrutivo, com base na trituração dos tecidos, submetendo-os a gradiente crescente de sacarose e centrifugação, sendo a parede da célula extraída e depois isolada por lavagem sobre uma rede de nylon. Depois disso, as proteínas de parede celular foram extraídas utilizando dois sais, 0,2 M de CaCl2 e 2 M de LiCl. Para células em suspensão, um protocolo semelhante foi utilizado, contendo, no entanto, um passo anterior de separação da parede celular por meio de maceração e precipitação em glicerol 15%. Usando colmos da mesma idade, dois meses, um protocolo não destrutivo foi testado com base na infiltração a vácuo dos tecidos nos mesmos sais já descritos, 0,2 M de CaCl2 e 2 M de LiCl, e posterior centrifugação. Duas repetições foram usadas nos experimentos com plantas de dois meses de idade, e três, no caso de células em suspensão. As amostras complexas foram digeridas, fracionadas e seqüenciadas por espectrometria de massas, utilizando o equipamento SYNAPT G2HDMS acoplado ao cromatógrafo nanoACQUITY, ambos da Waters. Os peptídeos foram processadas utilizando ProteinLynx 2,5 comparando com a base de dados de ESTs traduzidos da cana. Utilizando programas de bioinformática, como Blast2GO, foi possível encontrar a anotação e classificação de proteínas semelhantes. Apenas proteínas igualmente encontradas em todas as repetições foram consideradas na análise principal. SignalP, WolfPSORT, TargetP, TMHMM e Predotar foram softwares utilizados para prever a localização subcelular, tanto para ESTs como proteínas, e apenas as proteínas preditas para serem secretadas por dois ou mais programas foram consideradas como proteínas de parede celular. Ao todo, 157 SAS diferentes relacionados à parede celular da cana foram encontrados. Dentre eles, 101 diferentes proteínas de parede foram caracterizadas em oito classes funcionais. O método baseado na infiltração a vácuo mostrou-se o mais eficiente, uma vez que apresentou quase metade, 48,84%, das proteínas preditas para serem secretadas, o que é um bom valor quando comparado com outros estudos. A maioria das proteínas secretadas estava relacionada com o metabolismo lipídico, como proteínas de transporte de lípidos, oxido-redutases, tais como peroxidases, enzimas modificadoras da parede, como as glicosil-hidrolases, proteases, proteínas com domínios de interação, proteínas sinalizadoras, entre outras. Os resultados estão de acordo com o papel que se espera da matriz extracelular no metabolismo de polissacarídeos e fenômenos de sinalização. Portanto, este trabalho forneceu informações valiosas sobre a parede celular da cana, tornando possível a utilização desses dados em futuros estudos para otimizar a produção de etanol celulósico.