Stabilizzazione enzimatica e funzione di termotolleranza delle proteine ​​LEA2 intrinsecamente disordinate dalla palma da datteri

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11878 (2023) Citare questo articolo

316 accessi

1 Altmetrico

Dettagli sulle metriche

Nella palma da datteri, i geni LEA2 sono abbondanti con sessantadue membri che sono quasi tutti onnipresenti. Tuttavia, le loro funzioni e interazioni con potenziali molecole bersaglio sono in gran parte inesplorate. In questo studio, cinque geni LEA2 della palma da dattero, PdLEA2.2, PdLEA2.3, PdLEA2.4, PdLEA2.6 e PdLEA2.7 sono stati clonati, sequenziati e tre di essi, PdLEA2.2, PdLEA2.3 e PdLEA2 .4 sono stati caratterizzati funzionalmente per i loro effetti sulla termostabilità di due enzimi distinti, lattato deidrogenasi (LDH) e β-glucosidasi (bglG) in vitro. Nel complesso, PdLEA2.3 e PdLEA2.4 erano moderatamente idrofili, PdLEA2.7 era leggermente idrofobo e PdLEA2.2 e PdLEA2.6 non erano nessuno dei due. La previsione della sequenza e della struttura ha indicato la presenza di un tratto di residui idrofobici vicino all'N-terminale che potrebbe potenzialmente formare un'elica transmembrana in PdLEA2.2, PdLEA2.4, PdLEA2.6 e PdLEA2.7. Oltre all'elica transmembrana, la previsione delle strutture secondarie e terziarie ha mostrato la presenza di una regione disordinata seguita da una regione di fogli β impilati in tutte le proteine ​​PdLEA2. Inoltre, tre proteine ​​ricombinanti PdLEA2 purificate sono state prodotte in vitro e la loro presenza nella reazione enzimatica dell'LDH ha potenziato l'attività e ridotto la formazione aggregata di LDH sotto stress termico. Nei test enzimatici bglG, le proteine ​​PdLEA2 hanno ulteriormente mostrato la loro capacità di preservare e stabilizzare l'attività enzimatica bglG.

Le piante hanno sviluppato complessi percorsi regolatori per contrastare gli effetti delle condizioni climatiche avverse. I meccanismi per migliorare la tolleranza allo stress abiotico dipendono in gran parte da molecole proteiche che funzionano e regolano direttamente vari processi fisiologici e vie di segnalazione delle piante. La famiglia di geni proteici della tarda embriogenesi abbondante (LEA) è un gruppo di proteine ​​funzionali che proteggono e riducono i danni alle cellule vegetali in condizioni di stress abiotico1. Queste proteine ​​sono disordinate nella loro struttura e caratterizzate da motivi ripetuti2. Sulla base dei motivi conservati della sequenza aminoacidica, le proteine ​​LEA sono state classificate in otto gruppi distinti, dove le proteine ​​LEA2 sono il gruppo predominante nelle piante. Principalmente, le proteine ​​LEA2 sono state trovate in grandi quantità nei semi maturi di Gossypium hirsutum3 e sono state espresse ubiquitariamente nelle piante in fiore e non in fiore4. Si accumulano principalmente nelle fasi tardive dello sviluppo dei semi e nei tessuti vegetativi per le risposte delle piante ai vincoli ambientali5. Le proteine ​​LEA2 sono estremamente idrofile e caratterizzate come proteine ​​intrinsecamente disordinate (IDP) che possono variare la loro conformazione in risposta ai cambiamenti nel microambiente ambientale6. Nella sottofamiglia delle proteine ​​LEA2, le deidrine (DHN) sono un gruppo biochimico ben noto composto principalmente da un'elevata percentuale di amminoacidi carichi e polari e da una bassa frazione di residui idrofobici e non polari7.

Le proteine ​​LEA2 sono ampiamente coinvolte nelle risposte fisiologiche delle piante per migliorare la tolleranza allo stress abiotico. La sovraespressione di Triticum aestivum L., TaLEA2-1 nel grano ha migliorato la crescita delle radici, l'altezza delle piante e ha portato a una maggiore attività della catalasi rispetto alle piantine di tipo selvatico. TaLEA2-1 ha conferito una migliore tolleranza alla salinità nelle piante di grano transgenico TaLEA2-15. Inoltre, in uno studio recente, è stato scoperto che il gene LEA2, PtrDHN-3, del Populus trichocarpa svolge un ruolo essenziale nella tolleranza allo stress da sale e siccità8. È stato osservato che la sovraespressione di PtrDHN-3 ha aumentato la tolleranza al sale del lievito transgenico e ha migliorato il tasso di germinazione, il peso fresco e il contenuto di clorofilla delle piante transgeniche di Arabidopsis thaliana sotto stress salino8. Inoltre, le piante di Arabidopsis trasformate con i geni del cotone LEA2 hanno mostrato una crescita maggiore in condizioni di stress da siccità rispetto al tipo selvatico9. Inoltre, nel mais è stato isolato un gene DHN di tipo KS, ZmDHN13, e la sua sovraespressione nelle piante di tabacco transgeniche ha migliorato la tolleranza allo stress ossidativo10. In un altro studio, la sovraespressione del gene Prunus mume LEA2 nel tabacco trasformato e nell'Escherichia coli ha migliorato la tolleranza allo stress da freddo11. Inoltre, la sovraespressione di due DRE di A. thaliana, AtDREB1A o AtDREB2A, ha provocato un'induzione di geni interconnessi da stress da freddo delle proteine ​​LEA2, come rd29A e COR4712. Nei promotori putativi dei geni LEA2 del cotone di montagna, G. hirsutum, sono stati trovati diversi elementi cis legati allo stress abiotico. Comprendeva MYBCORE, ABRELATERD1, sequenza simile ad ABRE ed elementi ACGTATERD1 che sono noti per avere un ruolo funzionale negli stress abiotici13,14. La presenza di questi elementi promotori dello stress supporta fortemente il ruolo delle proteine ​​LEA2 nel migliorare la tolleranza allo stress abiotico nelle piante che crescono in climi ostili.