Proteómica comparativa de especies silvestres y domesticadas de Amaranthus: A. hybridus, A. powellii, A. cruentus y A. hypochondriacus

Abstract

"El amaranto es un cultivo valorado por la buena calidad de la proteína de su semilla. El género Amaranthus está formado por 70 especies con gran variabilidad genética, y existen numerosos reportes enfocados en la descripción de su filogenia con base en sus secuencias de DNA, sin embargo no se han reportado estudios relacionados al análisis de las proteínas de sus semillas. Este trabajo reporta la comparación proteómica y glicoproteómica mediante electroforesis en una dimensión y espectrometría de masas, de las semillas de las especies domesticadas A. cruentus y A. hypochondriacus y sus ancestros silvestres A. hybridus y A. powellii. El mayor contenido de proteína total se obtuvo para la especie silvestre A. powellii. Se empleó un enfoque de extracción diferencial para analizar las proteínas de las semillas de las cuatro especies de amaranto. En la fracción hidrofílica se encontraron acumuladas diferencialmente proteínas relacionadas con mecánica y estructura celular, proteínas involucradas con resistencia a estrés por choque térmico, estrés oxidante y proteínas tipo LEA, más abundantes en las especies silvestres de amaranto. En la fracción hidrofóbica de las cuatro especies se encontraron isoformas distintas de sintasas de almidón acopladas a granulo, enzimas clave en la determinación de la calidad de los gránulos de almidón. No se encontraron diferencias en los perfiles electroforéticos de glicoproteínas aisladas a partir de la fracción hidrofílica de las semillas de las cuatro especies de amaranto mediante cromatografía de afinidad a lectinas en paralelo. La identificación de estas glicoproteínas indica que una fracción de la globulina 11S de amaranto está glicosilada, proteína que además fue identificada en distintas bandas de las fracciones hidrofílica e hidrofóbica de las cuatro especies de amaranto. Estos resultados indican que la variabilidad en las semillas de las especies de amaranto no se limita a un nivel genético, sino que también existe a nivel proteómico, debido probablemente, además de las diferencias en el genoma, a mecanismos distintos de acumulación e incorporación de modificaciones postraduccionales."

"Amaranth is a highly valued crop due to its good seed-protein quality. The Amaranthus genus is composed of 70 species with high genetic variability among its members. There are numerous reports focused on describing their phylogeny based on their DNA sequences, but there are no published studies related to the analysis of amaranth seed proteins. Here reports comparative proteomics and glycoproteomics carried out by one-dimensional electrophoresis and mass spectrometry analysis of seed proteins of domesticated amaranth species A. cruentus and A. hypochondriacus, and their wild ancestors A. hybridus and A. powellii is reported. The highest content of total protein was obtained for the wild species A. powellii. Differential extraction approach was used to analyze the seed proteins from the four amaranth species. The hydrophilic fraction contains differentially accumulated proteins related to structure and cell motion, resistance to heat shock stress, oxidative stress and LEA-like proteins, which were more abundant in wild amaranth species. Whereas in the hydrophobic fraction of all four amaranth seed species, different isoforms of granule bound starch synthases, key enzymes in determining the quality of the starch granules were found. No differences were found in the electrophoretic profiles of glycoproteins isolated by in parallel lectin affinity chromatography from the four species hydrophilic fraction. Amaranth 11S globulin was found glycosylated, and also identified in different bands in both hydrophilic and hydrophobic fractions of the four seeds species. The results indicate that variability in seeds of amaranth species is not limited at the genetic level, but also at proteomic levels, probably due, in addition to genomic differences, to different protein accumulation mechanisms and posttranslational modifications."