Structure and expression of barley starch phosphorylase genes

La fonction de la phosphorylase de l’amidon pour la régulation du métabolisme de l’amidon durant la croissance et le développement des végétaux fait depuis longtemps l’objet de débats. Dans le cadre de la présente étude, nous avons isolé chez l’orge les gènes codant la phosphorylase de l’amidon (Pho1 et Pho2), puis avons caractérisé leur structure et celle de leurs protéines, prédit les séquences cis associées à leurs promoteurs et analysé les profils d’expression. Des alignements multiples de ces gènes ont révélé que (1) les gènes Pho1 et Pho2 possèdent 15 exons et 14 introns chez toutes les espèces analysées, à l’exception de l’Aegilops tauschii (16 exons et 15 introns dans le cas du gène Pho1), de la pomme de terre (14 exons et 13 introns dans le cas du gène Pho1b) et du Triticum uraru (15 exons et 14 introns dans le cas du gène Pho2); (2) les jonctions exon–intron des gènes Pho1 et Pho2 qui flanquent les sites de liaison des ligands sont plus conservées que les autres régions. Selon l’analyse des séquences codant les protéines, les gènes Pho1 et Pho2 étaient fortement homologues, sauf au niveau de deux régions, soit le domaine N‑terminal et la séquence d’insertion L78. D’après les résultats de la PCR quantitative en temps réel (RT-qPCR), le gène Pho2 est principalement exprimé durant la germination des graines, et l’expression du gène Pho1 est semblable à celle des gènes responsables de la synthèse de l’amidon durant le développement des graines chez l’orge. L’analyse par biopuce a révélé que l’accumulation des transcrits des gènes Pho1 ou Pho2 présentait un profil uniforme dans divers tissus et à divers stades du développement des graines chez l’orge, le riz et l’Arabidopsis. Chez l’orge, le gène Pho1 était significativement régulé à la baisse par le froid et la sécheresse et régulé à la hausse en cas d’infection par la rouille des tiges. L’expression de Pho2 était semblable à celle de Pho1 chez l’orge. Cependant, nous n’avons observé aucune modification significative de l’expression de Pho1 ou de Pho2 causée par les facteurs de stress abiotiques évalués. Chez l’Arabidopsis, nous avons observé une régulation à la baisse significative de Pho1 (PHS1) causée par les traitements d’acide abscissique (ABA) et de Pho2 (PHS2) causée par les traitements de froid, de sel et d’ABA. Nos résultats constituent une précieuse source de données pouvant servir à la manipulation génétique des gènes associés à la phosphorylase et à l’étude plus poussée de leurs mécanismes de régulation de la voie de biosynthèse de l’amidon.