Reduced polyphenol oxidase gene expression and enzymatic browning in potato (Solanum tuberosum L.) with artificial microRNAs

Chi, M., Bhagwat, B., Lane, W.D., Tang, G., Su, Y., Sun, R., Oomah, B.D., Wiersma, P.A., et Xiang, Y. (2014). « Reduced polyphenol oxidase gene expression and enzymatic browning in potato (Solanum tuberosum L.) with artificial microRNAs », BMC Plant Biology, 14(1: Article number 62), p. 1-18. doi : 10.1186/1471-2229-14-62  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Contexte La polyphénoloxydase (PPO), une protéine souvent codée par une famille multigénique, est à l’origine du brunissement oxydatif, un important problème que présentent de nombreux produits alimentaires. On a déjà produit des pommes de terre peu susceptibles de brunir en supprimant l’expression des gènes de la PPO, mais on ignorait le rôle des diverses isoformes géniques codant la PPO dans le processus de brunissement oxydatif. Nous avons étudié la contribution de différents gènes de PPO de pomme de terre à l’activité PPO totale, ainsi que la corrélation entre la concentration de PPO, l’activité PPO et le potentiel de brunissement des tissus des tubercules en supprimant tous les gènes qui avaient déjà été caractérisés, individuellement ou en combinaison, par une technique faisant intervenir du microARN artificiel. Résultats Dans la base de données sur le génome de la pomme de terre, nous avons trouvé 9 modèles de gènes de type PPO que nous appelons dans notre rapport StuPPO1 à StuPPO9. StuPPO1, StuPPO2, StuPPO3 et StuPPO4 sont des formes alléliques des gènes déjà caractérisés POTP1/P2, POT32, POT33 et POT72, respectivement. Nous avons trouvé moins de marqueurs de séquences exprimées (EST) pour confirmer la transcription des gènes StuPPO5 à StuPPO8. Les EST liés au gène StuPPO9 étaient exprimés en quantités beaucoup plus importantes dans les tissus de pommes de terre infectés par des pathogènes. Nous avons obtenu une série de phénotypes de brunissement en supprimant les gènes StuPPO1 à StuPPO4, individuellement et en combinaison. La régulation à la baisse d’un ou de plusieurs gènes de PPO n’a généralement pas entraîné de régulation à la hausse des autres gènes de PPO dans les tubercules de pomme de terre transgéniques, mais les concentrations de PPO étaient moins élevées. Les différents gènes de PPO n’ont pas tous contribué au même degré à la teneur totale en PPO des tissus des tubercules : le gène StuPPO2, avec une contribution d’environ 55 %, était le plus important, le gène StuPPO1, avec environ 25-30 %, venait ensuite, puis suivaient les gènes PPO3 et StuPPO4, dont la contribution combinée représentait moins de 15 %. Notre analyse a permis de mettre en évidence de fortes corrélations positives entre la concentration de PPO, l’activité PPO et le potentiel de brunissement. Avec la régulation simultanée à la baisse des gènes StuPPO2 à StuPPO4, l’activité PPO était faible, et les pommes de terre brunissaient peu, mais la réduction la plus importante a été obtenue par la suppression des gènes StuPPO1 à StuPPO4. Conclusion Les gènes StuPPO1 à StuPPO4 contribuent aux réactions de brunissement dans les tissus des tubercules de pomme de terre, mais ils n’agissent pas tous au même degré. Différents gènes de PPO peuvent être régulés indépendamment, ce qui témoigne de la diversité de leurs fonctions. Nos résultats indiquent que les microARN artificiels peuvent servir à supprimer les gènes étroitement apparentés d’une famille multigénique. Cette approche pourrait déboucher sur une nouvelle stratégie de sélection pour la production de produits brunissant peu par l’utilisation de petits inserts.

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