Molecular basis of protein structure in proanthocyanidin and anthocyanin-enhanced Lc-transgenic alfalfa in relation to nutritive value using synchrotron-radiation FTIR microspectroscopy: A novel approach

Jusqu'à ce jour, la microspectroscopie infrarouge à transformée de Fourier avec rayonnement synchrotron (SR-FTIR) n’a guère eu d’applications dans l’étude de la structure moléculaire des plantes fourragères en rapport avec la digestion et la disponibilité des nutriments chez les animaux d’élevage. La structure inhérente des protéines, facteur parmi d’autres comme la matrice protéinique, influe sur la qualité nutritive, la fermentation et la dégradation, tant chez l’humain que chez l’animal. La proportion relative de la structure protéinique secondaire influe sur la valeur des protéines. Une proportion élevée de feuillets β réduit généralement l’accès aux protéines par les enzymes digestives gastrointestinales. Cette baisse d’accessibilité se traduit par une mauvaise digestibilité, et par là, par une faible valeur protéique. Dans l’étude présentée ici, nous avons utilisé la SR-FTIR pour comparer la structure moléculaire protéique d’une luzerne transformée par le gène régulateur du maïs Lc à celle d’une luzerne non transgénique à l’échelle cellulaire et subcellulaire et pour quantifier les profils structuraux inhérents aux protéines par des méthodes de modélisation des pics à composantes multiples gaussiennes et lorentziennes. La structure moléculaire protéique mise en évidence au moyen de cette méthode comprenait des hélices α, des feuillets β et d’autres structures comme des tours β et des repliements aléatoires. L’analyse typologique hiérarchique et l’analyse en composantes principales des données synchrotron de même que l’analyse spectrale exacte fondée sur l’ajustement de courbes ont révélé que la luzerne transgénique contenait une proportion relativement moindre (P < 0,05) d’hélices α ajustées au modèle (29 par comparaison à 34) et de feuillets β ajustés au modèle (22 par comparaison à 27) et une plus grande proportion (P < 0,05) d’autres structures ajustées au modèle (49 par comparaison à 39). Les protéines de luzerne transgénique ne présentaient aucune différence (P > 0,05) de rapport hélices α/feuillets β (moyenne : 1,4), et les rapports hélices α avec d’autres structures (0,7 par comparaison à 0,9) et feuillets β avec d’autres structures (0,5 par comparaison à 0,8) étaient plus élevés (P < 0,05) que pour les protéines de la luzerne non transgénique. Les structures protéiques transgéniques ne présentaient en outre aucune différence (P > 0,05) d’intensité vibrationnelle dans les régions de l’amide I (moyenne : 24) et de l’amide II (moyenne : 10) et de leur rapport (moyenne : 2,4) par comparaison à celles de la luzerne non transgénique. L’analyse typologique hiérarchique et l’analyse en composantes principales n’ont révélé aucune différence significative entre les deux génotypes dans la grande région de l’empreinte moléculaire, dans les régions des amides I et II et dans la région glucidique moléculaire, ce qui indique qu’elles sont fortement apparentées. Nos résultats laissent penser que les feuilles de la luzerne transgénique Lc contiennent des protéines semblables à celles de la luzerne non transgénique (parce qu’elles ont les mêmes valeurs d’intensité des amides I et II), mais que la structure moléculaire protéique présente une différence subtile après la cryodessication. Il faudra approfondir la question pour comprendre la relation entre ces profils structuraux et des phénomènes biologiques comme la disponibilité des protéines nutritives, la non digestion des protéines et le comportement digestif des animaux d’élevage recevant ce type de fourrage dans leur ration.