Les polyamines sont de petits métabolites présents dans toutes les cellules vivantes et jouent des rôles fondamentaux dans de nombreux événements physiologiques chez les plantes. Les aminopropyltransférases (APT), la spermidine synthase (SPDS), la spermine synthase (SPMS) et la thermospermine synthase (ACL5), sont des enzymes essentielles dans la voie de biosynthèse des polyamines. Chez les angiospermes, le SPMS a évolué à partir du SPDS via la duplication de gènes, alors que chez les gymnospermes, les APT sont pour la plupart inexplorés et aucun gène SPMS n'a été signalé. Vuosku et ses collègues visaient à étudier les propriétés fonctionnelles des protéines SPDS et ACL5 du pin sylvestre (Pinus sylvestris L.) pour examiner le rôle et l'évolution des APT dans les plantes supérieures.

Modèle proposé pour l'évolution des aminopropyltransférases dans les plantes à graines.
Modèle proposé pour l'évolution des aminopropyltransférases dans les plantes à graines. Dans les plantes à graines anciennes, l'enzyme spermidine synthase (SPDS) possédait une large spécificité de substrat et montrait une activité spermine synthase (SPMS) comme propriété secondaire. Après la duplication du gène SPDS dans la lignée des angiospermes, les fonctions de l'enzyme progénitrice ont été divisées entre les copies filles et l'activité SPMS a joué un rôle primaire dans une copie, tandis que la forme bifonctionnelle a été préservée dans la lignée des gymnospermes. Le gène de la thermospermine synthase (ACL5) semble avoir une origine évolutive différente et peut avoir été acquis par les plantes via un transfert horizontal de gènes.

L'équipe a analysé les graines et les semis de pin sylvestre pour les polyamines par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et l'expression des gènes PsSPDS et PsACL5 par hybridation in situ. Ils ont produit des protéines recombinantes de PsSPDS et PsACL5 et ont étudié les propriétés fonctionnelles des protéines. Les structures des gènes, les régions promotrices et les relations phylogénétiques des gènes PsSPDS et PsACL5 ont également été analysées.

Vuosku et al. trouvé des tissus de pin sylvestre contenaient de la spermidine, de la spermine et de la thermospermine. L'enzyme PsSPDS a catalysé la synthèse de la spermidine et de la spermine. PsACL5 s'est avéré produire de la thermospermine et l'expression du gène PsACL5 a été localisée dans le procambium en développement chez les embryons et les éléments trachéaires chez les semis.

Contrairement aux opinions précédentes, Vuosku et alLes résultats de . démontrent que l'activité SPMS n'est pas une nouvelle caractéristique développée uniquement dans la lignée des angiospermes des plantes à graines, mais existe également en tant que propriété secondaire dans l'enzyme SPDS du pin sylvestre. La découverte du SPDS bifonctionnel d'un conifère évolutif révèle le chaînon manquant dans l'évolution de la voie de biosynthèse des polyamines. La découverte souligne l'importance des fonctions secondaires préexistantes dans l'évolution de nouvelles activités enzymatiques via la duplication de gènes. Les résultats associent également PsACL5 au développement de structures vasculaires chez le pin sylvestre.