Fonction de stabilisation enzymatique et de thermotolérance des protéines LEA2 intrinsèquement désordonnées du palmier dattier

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11878 (2023) Citer cet article

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Dans le palmier dattier, les gènes LEA2 sont abondants avec soixante-deux membres presque tous omniprésents. Cependant, leurs fonctions et interactions avec des molécules cibles potentielles sont largement inexplorées. Dans cette étude, cinq gènes LEA2 du palmier dattier, PdLEA2.2, PdLEA2.3, PdLEA2.4, PdLEA2.6 et PdLEA2.7, ont été clonés et séquencés, et trois d'entre eux, PdLEA2.2, PdLEA2.3 et PdLEA2. .4 ont été fonctionnellement caractérisés pour leurs effets sur la thermostabilité de deux enzymes distinctes, la lactate déshydrogénase (LDH) et la β-glucosidase (bglG) in vitro. Dans l’ensemble, PdLEA2.3 et PdLEA2.4 étaient modérément hydrophiles, PdLEA2.7 était légèrement hydrophobe et PdLEA2.2 et PdLEA2.6 ne l’étaient ni l’un ni l’autre. La prédiction de la séquence et de la structure a indiqué la présence d'une étendue de résidus hydrophobes près de l'extrémité N-terminale qui pourrait potentiellement former une hélice transmembranaire dans PdLEA2.2, PdLEA2.4, PdLEA2.6 et PdLEA2.7. En plus de l'hélice transmembranaire, la prédiction des structures secondaires et tertiaires a montré la présence d'une région désordonnée suivie d'une région de feuillet β empilée dans toutes les protéines PdLEA2. De plus, trois protéines PdLEA2 recombinantes purifiées ont été produites in vitro et leur présence dans la réaction enzymatique LDH a amélioré l'activité et réduit la formation d'agrégats de LDH sous le stress thermique. Dans les tests enzymatiques bglG, les protéines PdLEA2 ont en outre démontré leur capacité à préserver et à stabiliser l’activité enzymatique bglG.

Les plantes ont développé des voies de régulation complexes pour contrer les effets des conditions climatiques défavorables. Les mécanismes permettant d’améliorer la tolérance au stress abiotique dépendent largement de molécules protéiques qui fonctionnent et régulent directement divers processus physiologiques et voies de signalisation des plantes. La famille de gènes de protéines abondantes d’embryogenèse tardive (LEA) est un groupe de protéines fonctionnelles qui protègent et réduisent les dommages causés aux cellules végétales dans des conditions de stress abiotique1. Ces protéines sont désordonnées dans leur structure et caractérisées par des motifs répétés2. Sur la base des motifs de séquence d'acides aminés conservés, les protéines LEA ont été classées en huit groupes distincts, les protéines LEA2 étant le groupe le plus prédominant chez les plantes. Principalement, les protéines LEA2 ont été trouvées en grande quantité dans les graines matures de Gossypium hirsutum3 et étaient omniprésentes dans les plantes à fleurs et non à fleurs4. Ils s’accumulent principalement dans les phases tardives du développement des graines et dans les tissus végétatifs pour répondre aux contraintes environnementales5. Les protéines LEA2 sont extrêmement hydrophiles et caractérisées comme des protéines intrinsèquement désordonnées (IDP) qui peuvent varier leur conformation en réponse aux changements du microenvironnement ambiant6. Parmi la sous-famille des protéines LEA2, les déshydrines (DHN) constituent un groupe biochimique bien connu composé principalement d’une forte proportion d’acides aminés chargés et polaires et d’une faible fraction de résidus hydrophobes et non polaires7.

Les protéines LEA2 sont largement impliquées dans les réponses physiologiques des plantes pour améliorer la tolérance au stress abiotique. La surexpression de Triticum aestivum L., TaLEA2-1 dans le blé a amélioré la croissance des racines, la hauteur des plantes et a conduit à une activité catalase plus élevée par rapport aux semis de type sauvage. TaLEA2-1 a conféré une tolérance améliorée à la salinité aux plants de blé transgéniques TaLEA2-15. De plus, dans une étude récente, le gène LEA2, PtrDHN-3, de Populus trichocarpa s'est avéré jouer un rôle essentiel dans la tolérance au sel et au stress hydrique8. Il a été observé que la surexpression de PtrDHN-3 augmentait la tolérance au sel de la levure transgénique et améliorait le taux de germination, le poids frais et la teneur en chlorophylle des plantes transgéniques Arabidopsis thaliana sous stress salin8. De plus, les plantes d'Arabidopsis transformées avec les gènes LEA2 du coton ont présenté une croissance plus élevée sous stress de sécheresse que le type sauvage9. De plus, chez le maïs, un gène DHN de type KS, ZmDHN13, a été isolé et sa surexpression dans des plants de tabac transgéniques a amélioré la tolérance au stress oxydatif10. Dans une autre étude, la surexpression du gène Prunus mume LEA2 dans le tabac transformé et Escherichia coli a amélioré la tolérance au stress dû au froid11. De plus, la surexpression de deux DRE d'A. thaliana, AtDREB1A ou AtDREB2A, a entraîné l'induction de gènes liés au stress dû au froid des protéines LEA2, tels que rd29A et COR4712. Dans les promoteurs putatifs des gènes LEA2 du coton upland, G. hirsutum, plusieurs éléments cis liés au stress abiotique ont été trouvés. Il comprenait des éléments MYBCORE, ABRELATERD1, ABRE-like et ACGTATERD1 qui sont connus pour jouer un rôle fonctionnel dans les stress abiotiques13,14. La présence de ces éléments promoteurs du stress soutient fortement le rôle des protéines LEA2 dans l’amélioration de la tolérance au stress abiotique chez les plantes poussant dans des climats hostiles.