Stage:54

From Master 2 Recherche Biosciences Végétales

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Méthodes pour détecter des peroxydases ancestrales de plantes.

Laboratoire d'accueil : UMR5546
Equipe d'accueil : Evolution et Expression de Peroxydases
Encadrant(e)(s) : Catherine Mathé, Mathé@scsv.ups-tlse.fr

Contexte
Les peroxydases sont des enzymes capables de catalyser des réactions durant lesquelles le peroxyde d’hydrogène est réduit et un substrat variable est oxydé. Ces protéines sont présentes dans tous les règnes et forment généralement des familles multigéniques de taille variables (de 2 à 138 isoformes). Chez les plantes, elles ont des rôles fondamentaux dans différents processus physiologiques comme la détoxification de l’excès d’espèces actives de l’oxygène, la défense contre les pathogènes ou la formation de paroi cellulaire (Passardi et al.; Cosio et al. 2009). La superfamille de peroxydases non-animales est largement représentée chez les Viridiplantae. Cette superfamille contient trois classes (classes I, II et III) avec des structures tertiaires proches et partageant probablement une séquence ancestrale commune. Les peroxydases de classe I sont détectées dans tous les organismes contenant un chloroplaste alors que les peroxydases de classe III ont la particularité d’être plantes spécifiques et absentes de Chlamydomonas. Classe I comme III montrent un taux de duplications élevé chez les plantes.
Le taux élevé de duplications ainsi que l’apparition d’une classe particulière peuvent être facilement corrélés avec l’émergence des plantes terrestres, avec l’élévation du taux d’oxygène, avec l’augmentation du nombre de pathogènes et aussi avec la complexité structurale des plantes. Des branches évolutives comme les Charaphyceae, intermédiaires entre Chlamydomonas et les mousses sont intéressantes. Des résultats préliminaires ont permis de détecter une activité de peroxydase de classe III à partir de Chara zeylanica.
La PeroxiBase (www.peroxidase.isb-sib.ch) (Passardi et al. 2007), développée par l’équipe, regroupe actuellement plus de 7000 séquences. Les séquences rentrées dans la base dérivent soit de recherche sur les génomes ou sur les banques d’EST, soit des prédictions protéiques disponibles, mais chaque fois après expertise et souvent ré-annotation manuelle. Cette démarche rigoureuse est la garantie d’une banque de bonne qualité mais requiert aujourd’hui un investissement en temps trop long compte tenu du flux de séquences nouvelles.

Objectifs :
L’objectif du stage proposé est de réfléchir et de mettre en place des procédures pour automatiser davantage l’identification des peroxydases en s’intéressant particulièrement aux organismes à la base de la lignée verte.
Plusieurs stratégies, parfois complémentaires, seront envisagées et testées. Une procédure récemment mise en place par l’équipe pour localiser sur le génome la structure des gènes de protéines connues sera notamment utilisée, et son application à des organismes proches sera testée. L’annotation à partir de séquences d’EST sera une voie particulièrement privilégiée du fait de la disponibilité récente de séquences d’EST chez les Charaphycées (Nitella, Coleochaete). Enfin, la construction de profiles (modèles HMM) caractéristiques des peroxydases pourra être un apport significatif pour faciliter l’annotation des peroxydases sur des organismes plus éloignés.
La mise à disposition et la qualité de ces nouvelles séquences permettront une analyse phylogénétique globale des peroxydases dans la lignée verte pour mieux comprendre l’évolution de cette famille complexe.

Références citées

Cosio C, Vuillemin L, De Meyer M, Kevers C, Penel C, Dunand C (2009) An anionic class III peroxidase from zucchini may regulate hypocotyl elongation through its auxin oxidase activity. Planta.
Passardi F, Bakalovic N, Teixeira FK, Margis-Pinheiro M, Penel C, Dunand C (2007) Prokaryotic origins of the non-animal peroxidase superfamily and organelle-mediated transmission to eukaryotes. Genomics 89: 567-579.
Passardi F, Penel C, Dunand C (2004) Performing the paradoxical: how plant peroxidases modify the cell wall. Trends Plant Sci 9: 534-540.