Identification and functional characterization of a flax UDP-glycosyltransferase glucosylating secoisolariciresinol (SECO) into secoisolariciresinol monoglucoside (SMG) and diglucoside (SDG)

Contexte. Les lignanes sont une classe de phytoœstrogènes diphénoliques non stéroïdiens souvent glycosylés dans les plantes. Les graines de lin sont riches en lignanes de type sécoisolaricirésinol diglucoside (SDG). La glycosylation est un processus par lequel un groupement glycosyle est fixé de manière covalente à un substrat aglycone, une réaction catalysée par une uridine diphosphate glycosyltransférase (UGT). Il n’y avait jusqu’à présent que très peu de données sur les gènes codant les UGT qui pourraient jouer un rôle dans la biosynthèse des SDG chez le lin. Dans les travaux que nous présentons ici, nous avons identifié 5 UGT putatives qui pourraient participer à la glycosylation du sécoisolaricirésinol (SECO) chez le lin et en avons caractérisé la structure et la fonction.
Résultats. Nous avons cloné et caractérisé cinq gènes codant des UGT de la famille des glycosyltransférases 1 (EC 2.4.x.y). Les enzymes appartiennent à quatre familles d’UGT correspondant à cinq sous-familles désignées comme suit : UGT74S1, UGT74T1, UGT89B3, UGT94H1, UGT712B1; elles présentent toutes le motif végétal caractéristique conservé du produit secondaire de la glycosyltransférase. Nous avons toutefois constaté de la diversité dans la séquence de 44 acides aminés, notamment dans la séquence des peptides WAPQV et HCGWNS, connus pour leurs rôles essentiels dans la reconnaissance des substrats aglycones, la liaison à ces substrats et la spécificité du donneur de sucre. Au cours du développement des graines de lin, l’expression des protéines UGT74S1 et UGT94H1 semblait coordonnée à celle de la pinorésinol-laricirésinol réductase (PLR), et nous avons observé une corrélation entre les profils d’expression des gènes qui les codent et la biosynthèse de la SDG. L’analyse de l’activité enzymatique des cinq UGT exprimées de manière hétérologue a permis de déterminer que seule l’UGT74S1 utilise le SECO comme substrat, formant des monoglucosides de SECO (SMG) et, ensuite, des SDG.
Conclusion. Nous avons cloné et caractérisé cinq gènes codant des UGT, et démontré que l’UGT74S1 utilise le SECO comme substrat pour former du SDG in vitro. Ces travaux nous ont permis de proposer un modèle pour l’étape manquante de la biosynthèse de la lignane SDG.