Estabilização enzimática e função de termotolerância das proteínas LEA2 intrinsecamente desordenadas da tamareira

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11878 (2023) Citar este artigo

316 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Na tamareira, os genes LEA2 são abundantes, com sessenta e dois membros que são quase todos onipresentes. No entanto, as suas funções e interacções com potenciais moléculas alvo são largamente inexploradas. Neste estudo, cinco genes LEA2 da tamareira, PdLEA2.2, PdLEA2.3, PdLEA2.4, PdLEA2.6 e PdLEA2.7 foram clonados e sequenciados, e três deles, PdLEA2.2, PdLEA2.3 e PdLEA2. .4 foram caracterizados funcionalmente por seus efeitos na termoestabilidade de duas enzimas distintas, lactato desidrogenase (LDH) e β-glicosidase (bglG) in vitro. No geral, PdLEA2.3 e PdLEA2.4 foram moderadamente hidrofílicos, PdLEA2.7 foi ligeiramente hidrofóbico e PdLEA2.2 e PdLEA2.6 não foram nenhum dos dois. A predição de sequência e estrutura indicou a presença de um trecho de resíduos hidrofóbicos próximo ao terminal N que poderia potencialmente formar uma hélice transmembrana em PdLEA2.2, PdLEA2.4, PdLEA2.6 e PdLEA2.7. Além da hélice transmembrana, a predição de estruturas secundárias e terciárias mostrou a presença de uma região desordenada seguida por uma região de folha β empilhada em todas as proteínas PdLEA2. Além disso, três proteínas PdLEA2 recombinantes purificadas foram produzidas in vitro, e a sua presença na reação enzimática da HDL aumentou a atividade e reduziu a formação agregada de HDL sob estresse térmico. Nos ensaios enzimáticos de bglG, as proteínas PdLEA2 demonstraram ainda a sua capacidade de preservar e estabilizar a atividade enzimática de bglG.

As plantas desenvolveram vias regulatórias complexas para combater os efeitos das condições climáticas adversas. Os mecanismos para melhorar a tolerância ao estresse abiótico dependem em grande parte de moléculas de proteína que funcionam diretamente e regulam vários processos fisiológicos e vias de sinalização das plantas. A família de genes de proteínas abundantes em embriogênese tardia (LEA) é um grupo de proteínas funcionais que protegem e reduzem os danos às células vegetais sob condições de estresse abiótico . Essas proteínas apresentam estrutura desordenada e são caracterizadas por motivos repetidos2. Com base nos motivos conservados da sequência de aminoácidos, as proteínas LEA foram classificadas em oito grupos distintos, sendo as proteínas LEA2 o grupo mais predominante nas plantas. Principalmente, as proteínas LEA2 foram encontradas em grandes quantidades em sementes maduras de Gossypium hirsutum3 e foram onipresentemente expressas em plantas com e sem flores4. Acumulam-se principalmente nas fases finais do desenvolvimento das sementes e nos tecidos vegetativos para respostas das plantas às restrições ambientais5. As proteínas LEA2 são imensamente hidrofílicas e caracterizadas como proteínas intrinsecamente desordenadas (IDPs) que podem variar sua conformação em resposta às mudanças no microambiente ambiente6. Entre a subfamília de proteínas LEA2, as deidrinas (DHNs) são um grupo bioquímico bem conhecido que é composto principalmente por alta proporção de aminoácidos carregados e polares e baixa fração de resíduos hidrofóbicos e apolares .

As proteínas LEA2 estão amplamente envolvidas nas respostas fisiológicas das plantas para melhorar a tolerância ao estresse abiótico. A superexpressão de Triticum aestivum L., TaLEA2-1 no trigo melhorou o crescimento das raízes, a altura das plantas e levou a uma maior atividade da catalase em comparação com as mudas do tipo selvagem. TaLEA2-1 conferiu tolerância melhorada à salinidade em plantas de trigo transgênicas TaLEA2-15. Além disso, num estudo recente, descobriu-se que o gene LEA2, PtrDHN-3, de Populus trichocarpa, desempenha um papel essencial na tolerância ao stress salino e hídrico8. Observou-se que a superexpressão de PtrDHN-3 aumentou a tolerância ao sal da levedura transgênica e melhorou a taxa de germinação, o peso fresco e o teor de clorofila de plantas transgênicas de Arabidopsis thaliana sob estresse salino8. Além disso, as plantas de Arabidopsis transformadas com genes LEA2 de algodão apresentaram maior crescimento sob estresse hídrico em comparação com o tipo selvagem9. Além disso, no milho foi isolado um gene DHN do tipo KS, ZmDHN13, e sua superexpressão em plantas transgênicas de tabaco aumentou a tolerância ao estresse oxidativo . Em outro estudo, a superexpressão do gene LEA2 de Prunus mume em tabaco transformado e Escherichia coli melhorou a tolerância ao estresse pelo frio11. Além disso, a superexpressão de dois DREs de A. thaliana, AtDREB1A ou AtDREB2A, resultou em uma indução de genes interligados por estresse pelo frio de proteínas LEA2, como rd29A e COR4712. Nos supostos promotores dos genes LEA2 do algodão herbáceo, G. hirsutum, foram encontrados vários elementos cis relacionados ao estresse abiótico. Incluiu elementos MYBCORE, ABRELATERD1, sequência semelhante a ABRE e ACGTATERD1 que são conhecidos por terem um papel funcional em estresses abióticos . A presença destes elementos promotores de stress apoia fortemente o papel das proteínas LEA2 no aumento da tolerância ao stress abiótico em plantas que crescem em climas hostis.