Lysine metabolism in leguminous plants: characterization of dihydrodipicolinate synthase enzymes in the model plant Medicago truncatula.

In het kader van voedselzekerheid en minder milieubelastende landbouw zijn vlinderbloemige gewassen (Fabaceae) van groot belang. Met hun specifieke eigenschappen, diversiteit en brede toepasbaarheid kunnen vlinderbloemigen een meerwaarde bieden voor het bereiken van een duurzame landbouw. De eiwitrijke en voedzame kenmerken van vlinderbloemigen zijn reeds lang gekend wat hen op dit moment de op één na belangrijkste gewasfamilie maakt na graangewassen (Poaceae). Afgezien van het hoge eiwitgehalte, is de eiwitsamenstelling van vlinderbloemigen ook complementair aan die van granen. Vlinderbloemigen hebben namelijk een relatief hoger gehalte lysine, dat beschouwd wordt als het meest beperkende aminozuur in levensmiddelen en voedergewassen. Enzymen van het lysinemetabolisme werden bovendien reeds geassocieerd met een verhoogde resistentie tegen verschillende stressfactoren. De syntheseweg van lysine, en meer specifiek de regulatie van het sleutelenzym dihydrodipicolinate synthase (DHDPS), werd onderzocht in de vlinderbloemige modelplant Medicago truncatula. Dit onderzoek levert eerste inzichten in de regulatie van het lysinemetabolisme in de Fabaceae familie en geeft aanwijzingen voor de betrokkenheid van de DHDPS familie in stress-signalisatie en het behoud van evenwicht tussen aminozuren in Fabaceae. In planten wordt de aanmaak van lysine strikt gereguleerd en dit voornamelijk door feedback-inhibitie van het eindproduct lysine op de activiteit van het eerste enzym van de lysine-specifieke syntheseweg, DHDPS. Drie volledige DHDPS coderende sequenties (MtDHDPS1, 3 and 4) en één onvolledige sequentie (MtDHDPS2) werden in M. truncatula geïsoleerd door middel van inverse PCR. Door middel van kwantitatieve RT-PCR analyse werd een orgaan-specifieke uitdrukking van de verschillende MtDHDPS genen waargenomen in M. truncatula. Twee van de MtDHDPS isozymen (MtDHDPS2 en MtDHDPS3) vertonen eigenschappen die nog niet eerder gerapporteerd werden voor andere DHDPS enzymen afkomstig van planten. Het MtDHDPS2 mature eiwit vertoont een toegenomen tolerantie voor lysine wanneer het wordt uitgedrukt in E. coli. Dit kan waarschijnlijk in verband gebracht worden met (enkele van) de aminozuurveranderingen die waargenomen werden op posities gerelateerd aan feedback inhibitie. Het MtDHDPS2 transcriptie niveau is het hoogst in ontwikkelende zaden en wortels en beschikbare micro-array data van de Medicago Gene Atlas (MtGEA) tonen een sterk toegenomen MtDHDPS2 genexpressie in M. truncatula wortels die gekoloniseerd zijn met de mycchoriza-schimmel Glomus intraradices. Dit wijst op een mogelijke rol van MtDHDPS2 tijdens symbiose met mycorrhiza.