Peroksidaasit metsäpuiden puutuvissa solukoissa

Lignin is a complex plant polymer synthesized through co-operation of multiple intracellular and extracellular enzymes. It is deposited to plant cell walls in cells where additional strength or stiffness are needed, such as in tracheary elements (TEs) in xylem, supporting sclerenchymal tissues and at the sites of wounding. Class III peroxidases (POXs) are secreted plant oxidoreductases with implications in many physiological processes such as the polymerization of lignin and suberin and auxin catabolism. POXs are able to oxidize various substrates in the presence of hydrogen peroxide, including lignin monomers, monolignols, thus enabling the monolignol polymerization to lignin by radical coupling. Trees produce large amounts of lignin in secondary xylem of stems, branches and roots. In this study, POXs of gymnosperm and angiosperm trees were studied in order to find POXs which are able to participate in lignin polymerization in developing secondary xylem i.e. are located at the site of lignin synthesis in tree stems and have the ability to oxidize monolignol substrates. Both in the gymnosperm species, Norway spruce and Scots pine, and in the angiosperm species silver birch the monolignol oxidizing POX activities originating from multiple POX isoforms were present in lignifying secondary xylem in stems during the period of annual growth. Most of the partially purified POXs from Norway spruce and silver birch xylem had highest oxidation rate with coniferyl alcohol, the main monomer in guaiacyl-lignin in conifers. The only exception was the most anionic POX fraction from silver birch, which clearly preferred sinapyl alcohol, the lignin monomer needed in the synthesis of syringyl-guaiacyl lignin in angiosperm trees. Three full-length pox cDNAs px1, px2 and px3 were cloned from the developing xylem of Norway spruce. It was shown that px1 and px2 are expressed in developing tracheids in spruce seedlings, whereas px3 transcripts were not detected suggesting low transcription level in young trees. The amino acid sequences of PX1, PX2 and PX3 were less than 60% identical to each other but showed up to 84% identity to other known POXs. They all begin with predicted N-terminal secretion signal (SS) peptides. PX2 and PX3 contained additional putative vacuolar localization determinants (VSDs) at C-terminus. Transient expression of EGFP-fusions of the SS- and VSD-peptides in tobacco protoplasts showed SS-peptides directed EGFP to secretion in tobacco cells, whereas only the PX2 C-terminal peptide seems to be a functional VSD. According to heterologous expression of px1 in Catharanthus roseus hairy roots, PX1 is a guaicol-oxidizing POX with isoelectric point (pI) approximately 10, similar to monolignol oxidizing POXs in protein extracts from Norway spruce lignifying xylem. Hence, PX1 has characteristics for participation to monolignol dehydrogenation in lignin synthesis, whereas the other two spruce POXs seem to have some other functions. Interesting topics in future include functional characterization of syringyl compound oxidizing POXs and components of POX activity regulation in trees.Ligniini on kasvisoluseinien polymeeriyhdiste, jota solut valmistavat vahvistamaan soluseiniä erityisesti kasvien tukirakenteissa, vedenkuljetukseen erikoistuneissa soluissa ja esimerkiksi taudinaiheuttajien hyökätessä. Puiden kasvaessa paksuutta niiden runkoihin muodostuu suuria määriä veden kuljetukseen erikoistuneita ja tukirakenteena toimivia soluja, joiden soluseinissä ligniinin määrä on suuri. Ligniinillä on vaikutusta puiden hyötykäyttöön: se lujittaa puiden runkoja ja kasvattaa niiden lämpöarvoa, mutta toisaalta paperin valmistuksessa ligniini täytyy poistaa paperin tummumisen ehkäisemiseksi. Ligniinin määrä ja laatu puissa vaihtelee ja tämän vaihtelun biologisten syiden ymmärtäminen voi auttaa myös eri tarkoituksiin sopivien puumateriaalien kasvattamista. Ligniinin muodostumisen viimeisessä vaiheessa ligniinin alayksiköt liittyvät yhteen eli polymerisoituvat soluseinässä verkkomaiseksi ligniinipolymeeriksi. Ennen polymerisaatiota ligniinin alayksiköt hapetetaan entsyymien välityksellä. Peroksidaasit ovat ryhmä entsyymejä, joilla on kasveissa monia tärkeitä tehtäviä, ja niiden ajatellaan toimivan myös ligniinin alayksikköjen hapettajina ligniinin muodostumisessa. Peroksidaasien suuren lukumäärän ja samankaltaisen toiminnan takia erityisesti ligniinin valmistamiseen osallistuvia entsyymejä on kuitenkin vaikea osoittaa. Tässä väitöstutkimuksessa selvitettiin peroksidaasien toimintaa havu- ja lehtipuiden (metsäkuusen, metsämännyn ja rauduskoivun) ligniinin muodostumisessa etsimällä puiden rungoista eristettyjen peroksidaasien joukosta niitä, jotka sijaitsevat ligniiniä tuottavien solujen soluseinissä ja kykenevät hapettamaan niitä ligniinin alayksikköjä, joista ligniini kyseisillä puulajeilla koostuu. Kaikilla kolmella puulajilla havaittiin ligniiniä tuottavassa solukossa kasvukauden aikana useita ligniinin alayksikköjä hapettavia peroksidaaseja. Valtaosa näistä peroksidaaseista hapetti parhaiten koniferyylialkoholia, joka muodostaa pääosan havupuiden ja myös osan lehtipuiden ligniinistä. Yksi koivusta eristetyistä peroksidaaseista kuitenkin hapetti parhaiten lehtipuiden ligniinille tyypillistä sinapyylialkoholia, mikä viittaa siihen että tämä peroksidaasi voi toimia koivun ligniinin muodostumisessa. Peroksidaasien sijaintia rungossa ja ohjautumista solun eri osiin tutkittiin tarkemmin kuusessa. Tutkituista kolmesta peroksidaasista ainakin yhden sijainti ja muut ominaisuudet vastasivat mahdollisesti ligniinin muodostumisessa toimivia peroksidaaseja, kun taas muut tutkituista peroksidaaseista toimivat todennäköisesti muissa tehtävissä. Tulevaisuuden mielenkiintoisia kysymyksiä puiden peroksidaasitutkimuksessa ovat esimerkiksi sinapyylialkoholia hapettavien peroksidaasien rakenteen ja toiminnan selvittäminen ja eri peroksidaasien toiminnan säätely ja sen vaikutukset puiden ligniinin määrään ja laatuun

Inhibitory effect of lignin on the hydrolysis of xylan by thermophilic and thermolabile GH11 xylanases

BACKGROUND: Enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass into platform sugars can be enhanced by the addition of accessory enzymes, such as xylanases. Lignin from steam pretreated biomasses is known to inhibit enzymes by non-productively binding enzymes and limiting access to cellulose. The effect of enzymatically isolated lignin on the hydrolysis of xylan by four glycoside hydrolase (GH) family 11 xylanases was studied. Two xylanases from the mesophilic Trichoderma reesei, TrXyn1, TrXyn2, and two forms of a thermostable metagenomic xylanase Xyl40 were compared. RESULTS: Lignin isolated from steam pretreated spruce decreased the hydrolysis yields of xylan for all the xylanases at 40 and 50 °C. At elevated hydrolysis temperature of 50 °C, the least thermostable xylanase TrXyn1 was most inhibited by lignin and the most thermostable xylanase, the catalytic domain (CD) of Xyl40, was least inhibited by lignin. Enzyme activity and binding to lignin were studied after incubation of the xylanases with lignin for up to 24 h at 40 °C. All the studied xylanases bound to lignin, but the thermostable xylanases retained 22–39% of activity on the lignin surface for 24 h, whereas the mesophilic T. reesei xylanases become inactive. Removing of N-glycans from the catalytic domain of Xyl40 increased lignin inhibition in hydrolysis of xylan when compared to the glycosylated form. By comparing the 3D structures of these xylanases, features contributing to the increased thermal stability of Xyl40 were identified. CONCLUSIONS: High thermal stability of xylanases Xyl40 and Xyl40-CD enabled the enzymes to remain partially active on the lignin surface. N-glycosylation of the catalytic domain of Xyl40 increased the lignin tolerance of the enzyme. Thermostability of Xyl40 was most likely contributed by a disulphide bond and salt bridge in the N-terminal and α-helix regions. GRAPHICAL ABSTRACT: [Image: see text] SUPPLEMENTARY INFORMATION: The online version contains supplementary material available at 10.1186/s13068-022-02148-4

Coolest student papers at Finland Futures Research Centre 2020–2021: Tulevaisuuden tutkimuskeskuksen valittuja opiskelijatöitä 2020–2021

You are reading our already sixth annual publication of the Coolest Student Papers. With this publication, we at the Finland Futures Research Centre (FFRC) want to create a channel for making visible the hard work, academic talent and creativity featured in our courses. This issue covers courses from the international Master’s Degree Programme in Futures Studies (FUTU), courses organised by Finland Futures Academy (FFA) (taught in Finnish), and the interdisciplinary team work course of Sustainable Development Studies (KEKO) (taught both in Finnish and in English). All study programs are coordinated by the FFRC. Each course forms its own section with a description of intended learning outcomes, an introduction by the teacher(s), followed by the papers. This year’s papers are unique not only because of their interesting ways of exploring and peeking into futures but also because they all have been written during the global pandemic. It makes you appreciate these papers even more, when you realize the lack of luxury of face-to-face peer commenting. The futures community in Finland is quite widespread and we know that both our current students and our alumni are always looking forward getting a hold of this publication. But only when we learned that we have readers around the world we have realized that there is a special need for this kind of a publication. Academic approach does not have to be boring and full of rules. We hope that you enjoy the perceptional knowledge and the kaleidoscopic view these papers offer in futures studies. We would also appreciate any feedback you want to give! You can send your feedback via [email protected]

COOLEST STUDENT PAPERS AT FINLAND FUTURES RESEARCH CENTRE 2021–2022: Tulevaisuuden tutkimuskeskuksen valittuja opiskelijatöitä 2021–2022

Tärkeä osa maisteriopintojen oppimistavoitteita on osoittaa, että opiskelija pystyy itsenäiseen tutkimustyöhön ja tuottamaan tieteellistä tekstiä artikkeleiden ja muiden julkaisutapojen muodossa. Akateeminen kirjoittaminen on oma osaamisalueensa, ja vaikka sosiaalinen media ja tieteen popularisaatio asettavat erilaisia haasteita ja kanavia tutkimustulosten levittämiseen kuin perinteinen akateeminen julkaiseminen, tiedeyhteisössä vallinnee konsensus siitä, että tutkijoiden on osattava tuottaa akateemista tekstiä. Opintojen on tuettava tämän taidon kehittymistä. Tulevaisuuden tutkimuskeskus on julkaissut vuodesta 2016 lähtien koosteita ansiokkaista opiskelijoiden opintojensa aikana kirjoittamista esseistä, harjoitustöistä ja muista kirjallisista opintosuoritteista. Haluamme tarjota opiskelijoille oikean julkaisukanavan ja auttaa heitä saamaan vaikka sen ensimmäisen julkaisutiedon ansioluetteloon. Tämänvuotinen julkaisumme osoittaa, että pelko opiskelijoiden kirjallisten kykyjen huonontumisesta tai taantumisesta on turhaa. Samalla se todistaa myös opettajiemme onnistuneen opiskelijoiden akateemisen kirjoittamisen taitojen harjaannuttamisessa. Julkaisumme koostuu tulevaisuudentutkimuksen kansainvälisen maisteriohjelman, Turun yliopiston kestävän kehityksen opintokokonaisuuden (KEKO) ja Tulevaisuudentutkimuksen Verkostoakatemian (TVA) opiskelijoiden kirjoituksista. Koska opiskelijatyöt on tehty englanniksi maisteriohjelmassa ja suomeksi KEKO- ja TVA-opinnoissa, julkaisemme työt alkuperäisellä kielellä. Sisällöllisesti aiheet vaihtelevat suuresti, mutta niitä yhdistävä tekijä on tulevaisuussuuntautuneisuus. Samalla ne kertovat tulevaisuuksien moninaisuudesta sekä mahdollisista tavoista ja keinosta ymmärtää tulevaisuuksia. Toivotan mukavia lukuhetkiä!---- An important part of the study goals of master’s studies is that students show that they are able to make works of independent research and produce scientific texts in different forms, like articles and other publication formats. Academic writing is a skill of its own and even if social media and popularisation of science have changed the criteria of dissemination of research results compared to traditional academic publication forums, I believe that the scientific community still would agree that researchers must be able to produce scientific text. Studies have to support the development of writing skills. Finland Futures Research Centre has published since 2016 a collection of the most prominent student papers written during their studies. FFRC wants to offer a real publication forum for students and perhaps help them to get their first publication marked on their list of publications. This year’s collection of papers shows that any fear of declining or worsening academic writing skills of students is groundless. At the same time, it shows that our teachers are succeeding in training of these skills. Our publication consists of writings by students from our Masters Degree Programme in Futures Studies, Sustainable Development Studies at the University of Turku and Finland Futures Academy. These study programs are coordinated by FFRC. Because student papers are originally written in Finnish or English, we publish them in their original language. The contents and context of the papers vary a lot, but the common feature is futures orientation. All of them tell a story of multiple futures and of possible ways and means to understand futures. I hope You enjoy reading our book

Coolest Student Papers at Finland Futures Research Centre 2021–2022. Tulevaisuuden tutkimuskeskuksen valittuja opiskelijatöitä 2021–2022

Tärkeä osa maisteriopintojen oppimistavoitteita on osoittaa, että opiskelija pystyy itsenäiseen tutkimustyö-hön ja tuottamaan tieteellistä tekstiä artikkeleiden ja muiden julkaisutapojen muodossa. Akateeminen kir-joittaminen on oma osaamisalueensa, ja vaikka sosiaalinen media ja tieteen popularisaatio asettavat eri-laisia haasteita ja kanavia tutkimustulosten levittämiseen kuin perinteinen akateeminen julkaiseminen, tie-deyhteisössä vallinnee konsensus siitä, että tutkijoiden on osattava tuottaa akateemista tekstiä. Opintojen on tuettava tämän taidon kehittymistä.Tulevaisuuden tutkimuskeskus on julkaissut vuodesta 2016 lähtien koosteita ansiokkaista opiskelijoi-den opintojensa aikana kirjoittamista esseistä, harjoitustöistä ja muista kirjallisista opintosuoritteista. Halu-amme tarjota opiskelijoille oikean julkaisukanavan ja auttaa heitä saamaan vaikka sen ensimmäisen jul-kaisutiedon ansioluetteloon. Tämänvuotinen julkaisumme osoittaa, että pelko opiskelijoiden kirjallisten ky-kyjen huonontumisesta tai taantumisesta on turhaa. Samalla se todistaa myös opettajiemme onnistuneen opiskelijoiden akateemisen kirjoittamisen taitojen harjaannuttamisessa.Julkaisumme koostuu tulevaisuudentutkimuksen kansainvälisen maisteriohjelman, Turun yliopiston kestävän kehityksen opintokokonaisuuden (KEKO) ja Tulevaisuudentutkimuksen Verkostoakatemian (TVA) opiskelijoiden kirjoituksista. Koska opiskelijatyöt on tehty englanniksi maisteriohjelmassa ja suo-meksi KEKO- ja TVA-opinnoissa, julkaisemme työt alkuperäisellä kielellä. Sisällöllisesti aiheet vaihtelevat suuresti, mutta niitä yhdistävä tekijä on tulevaisuussuuntautuneisuus. Samalla ne kertovat tulevaisuuksien moninaisuudesta sekä mahdollisista tavoista ja keinosta ymmärtää tulevaisuuksia. Toivotan mukavia lukuhetkiä!An important part of the study goals of master’s studies is that students show that they are able to make works of independent research and produce scientific texts in different forms, like articles and other publi-cation formats. Academic writing is a skill of its own and even if social media and popularisation of science have changed the criteria of dissemination of research results compared to traditional academic publication forums, I believe that the scientific community still would agree that researchers must be able to produce scientific text. Studies have to support the development of writing skills.Finland Futures Research Centre has published since 2016 a collection of the most prominent student papers written during their studies. FFRC wants to offer a real publication forum for students and perhaps help them to get their first publication marked on their list of publications. This year’s collection of papers shows that any fear of declining or worsening academic writing skills of students is groundless. At the same time, it shows that our teachers are succeeding in training of these skills.Our publication consists of writings by students from our Masters Degree Programme in Futures Stud-ies, Sustainable Development Studies at the University of Turku and Finland Futures Academy. These study programs are coordinated by FFRC. Because student papers are originally written in Finnish or English, we publish them in their original language. The contents and context of the papers vary a lot, but the common feature is futures orientation. All of them tell a story of multiple futures and of possible ways and means to understand futures. I hope You enjoy reading our book!FFRC eBooks 9/202