Characterization of a cruciferin deficient mutant of Arabidopsis and its utility for overexpression of foreign proteins in plants.

Lin, Y., Pajak, A., Marsolais, F., McCourt, P., et Riggs, C.D. (2013). « Characterization of a cruciferin deficient mutant of Arabidopsis and its utility for overexpression of foreign proteins in plants. », PLoS ONE, 8(5), p. e64980. doi : 10.1371/journal.pone.0064980  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

La graine des végétaux accumule naturellement des matières de réserve (protéines, glucides et lipides), qui sont mobilisées durant la germination pour fournir l’énergie et les matières premières requises pour la croissance de la plantule. On a commencé à employer les graines comme bioréacteurs, pour la production de substances étrangères, mais on arrive difficilement à obtenir une production stable et élevée de ces substances, en partie à cause d’une tendance intrinsèque de la graine à produire les proportions habituelles de matières de réserve naturelles. Afin de trouver des sujets mutants permettant un contrôle du remplissage de la graine, nous avons d’abord recherché parmi une population mutagénisée de sujets d’Arabidopsis thaliana un mutant déficient quant au remplissage de ses graines. Nous avons ainsi repéré le mutant ssp1, récessif et viable, dont les graines accumulent environ 15 % moins de protéines que les graines du type sauvage. Des analyses moléculaires ont révélé que la mutation ssp1 est due à l’introduction d’un codon provoquant un arrêt précoce de la traduction du gène CRU3, un des principaux gènes codant la cruciférine. Contrairement à un grand nombre de sujets mutants et de lignées transgéniques chez lesquels la production de protéines de réserve de la graine a été réduite au moyen d’un transgène antisens ou d’un ARN interférant, les mutants ssp1 sont peu touchés par l’effet compensateur d’autres matières de réserve, ce qui en fait un matériel prometteur pour la production abondante de protéines étrangères. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons choisi comme gène rapporteur un gène codant la phytohémagglutinine (PHA) chez le haricot et avons comparé l’expression de ce gène chez des lignées ssp1 et de type sauvage où une seule copie du gène avait été insérée. Ces lignées quasi isogéniques permettent d’éviter l’effet trompeur ou parfois inconnu du nombre de copies et de la position du transgène. Les lignées ssp1 ont systématiquement accumulé davantage de PHA que leur contreparties rétrocroisées, le gain se situant entre 12 et 126 %. Cette étude de validation de principe semble indiquer que des stratégies semblables pourraient être appliquées à diverses plantes cultivées pour accroître leur rendement en protéines étrangères intéressantes sur les plans agronomique et économique.

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