Molecular basis of stress and defense responses in the red alga Chondrus crispus and description of a novel glutathione S-transferases class
Bases moléculaires de la réponse au stress et à la défense chez l'algue rouge Chondrus crispus et caractérisation d'une nouvelle classe de glutathion S-transférases
Résumé
The red macro-alga Chondrus crispus is known to produce an oxidative burst in response to cell-free extracts of its green algal endophyte Acrochaete operculata. I report here the isolation of a gene encoding a homologue of the respiratory burst oxidase gp91phox in C. crispus, named Ccrboh. Search performed in genome and EST databases identified sequences showing common features of NADPH oxidases in other multicellular or unicellular red algae and diatoms. Domain organisation and phylogenetic relationships with animal, plant, fungal and algae NADPH oxidase homologues were analysed. Transcription analysis of the C. crispus gene revealed that it was over-transcribed during infection of gametophytes by A. operculata, and after incubation in presence of atrazine and methyl jasmonate. The Ccrboh gene is the first molecular marker set out in a global stress and defence responses context. To complete this molecular approach, I have analysed two EST databases from C. crispus: one obtained from thallus (2052 EST) and one constructed from protoplasts (2002 EST). Several genes were of particular interest to elucidate stress and defense responses in the red algae. They encoded enzymes involved in oxidative stress and toxic halogenated compounds generation (bromoperoxydases, myeloperoxydases), enzymes with anti-oxidative activities (peroxiredoxines) and enzymes involved in biotransformation of toxic compounds and putative endogenous metabolisms (cytochromes P450, glutathione S-transferases). Transcriptions analyses of the genes revealed a significant induction of three glutathione S-transferase transcripts (CcGST1, CcGTST2, CcGST7) during a methyl jasmonate treatment. These enzymes are of particular interest as they belong to highly expressed genes in protoplasts. The CcGST1 and CcGST2 sequences are very similar to GST belonging to the sigma class, which includes prostaglandin synthase enzymes. The CcGST7 sequence shows best identities with enzymes from the beta, delta and epsilon classes. Phylogenetic analyses confirmed the singular distribution of these enzymes among all the GST classes; they are supposed to form new GST classes would have not have been described so far. Expression profiles were completed after metals, pesticides and fatty acids derivatives treatments, and the highest inductions were observed with oxylipines, including methyl jasmonate. The CcGST2 sequence has been expressed in Escherichia coli, and enzymatic properties have been studied.
L'algue rouge Chondrus crispus a la capacité de générer un burst oxidatif en réponse à une élicitation par des extraits acellulaires de son algue verte endophyte Acrochaete operculata. Nous avons isolé chez C. crispus, un gène codant pour un homologue de l'oxydase gp91phox (Ccrboh). Des analyses des bases de données de génomes et d'EST ont permis d'identifier des séquences présentant également des homologies avec les NADPH oxydases chez d'autres algues rouges, unicellulaires ou multicellulaires, et des diatomées. La topologie des protéines putatives a été analysée, ainsi que les relations phylogénétiques de ces séquences avec des homologues de NADPH oxydases chez les animaux, les plantes et les champignons. L'analyse des profils d'expression du gène de C. crispus a montré que celui-ci était induit au cours de l'infection de l'algue par A. operculata, et par des traitements à l'atrazine et au méthyle jasmonate. Le gène Ccrboh constitue le premier marqueur moléculaire des réponses au stress et à la défense chez notre modèle. Pour compléter cette approche moléculaire, j'ai également analysé deux banques d'EST de C. crispus : l'une obtenue à partir des gamétophytes (2052 EST), l'autre à partir de protoplastes (2002 EST). Plusieurs gènes présentant un intérêt particulier dans le cadre de l'étude des réponses au stress et à la défense ont été appréhendés. Ils codent pour des enzymes impliquées dans la génération d'un stress oxidatif ou dans la production de composés halogénés toxiques (bromoperoxydases, myeloperoxydases), des enzymes ayant une activité anti-oxydante (peroxiredoxines), et des enzymes impliqués dans la biotransformation de composés toxiques et dans des métabolismes endogènes potentiels (cytochromes P450, glutathion S-transférases). L'analyse des profils d'expression de ces gènes a montré une forte induction des trois transcrits de glutathion S-transférases (CcGST1, CcGST2, CcGST7) par le méthyle jasmonate. Ces enzymes sont d'un intérêt particulier car leurs gènes sont fortement exprimés dans le protoplaste. Les séquences CcGST1 et CcGST2 sont très proches des GST de la classe sigma qui comprend des enzymes ayant une activité prostaglandine synthase. La séquence CcGST7 présente les similitudes les plus fortes avec des GST des classes beta, epsilon et delta. Les analyses phylogénétiques ont confirmé la distribution singulière de nos enzymes parmi les classes de GST ; elles formeraient de nouvelles classes de GST qui n'ont pas été décrites jusqu'à présent. Les profils d'expression ont été complétés par des traitements incluant des métaux lourds, des pesticides et des dérivés d'acides gras. Les plus fortes inductions sont observées avec les oxylipines, dont le méthyle jasmonate. La séquence CcGST2 a été exprimée chez Escherichia coli, et ses propriétés enzymatiques ont été étudiées.
Domaines
Biochimie, Biologie Moléculaire
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