Las poliaminas son pequeños metabolitos presentes en todas las células vivas y juegan un papel fundamental en numerosos eventos fisiológicos en las plantas. Las aminopropiltransferasas (APT), la espermidina sintasa (SPDS), la espermina sintasa (SPMS) y la termoespermina sintasa (ACL5), son enzimas esenciales en la ruta de biosíntesis de poliaminas. En las angiospermas, la SPMS ha evolucionado a partir de la SPDS a través de la duplicación de genes, mientras que en las gimnospermas las APT están en su mayoría inexploradas y no se ha informado de ningún gen SPMS. Vuosku y sus colegas intentaron investigar las propiedades funcionales de las proteínas SPDS y ACL5 del pino silvestre (Pinus sylvestris L.) para examinar el papel y la evolución de las APT en plantas superiores.

Modelo propuesto para la evolución de aminopropiltransferasas en plantas con semillas.
Modelo propuesto para la evolución de las aminopropiltransferasas en plantas con semillas. En las plantas con semillas antiguas, la enzima espermidina sintasa (SPDS) poseía una amplia especificidad de sustrato y mostraba actividad de espermina sintasa (SPMS) como propiedad secundaria. Después de la duplicación del gen SPDS en el linaje de las angiospermas, las funciones de la enzima progenitora se dividieron entre las copias hijas, y la actividad de la SPMS asumió un papel primario en una copia, mientras que la forma bifuncional se conservó en el linaje de las gimnospermas. El gen de la termospermina sintasa (ACL5) parece tener un origen evolutivo diferente y puede haber sido adquirido por las plantas a través de la transferencia horizontal de genes.

El equipo analizó semillas y plántulas de pino silvestre en busca de poliaminas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y la expresión de los genes PsSPDS y PsACL5 mediante hibridación in situ. Produjeron proteínas recombinantes de PsSPDS y PsACL5 e investigaron las propiedades funcionales de las proteínas. También se analizaron las estructuras génicas, las regiones promotoras y las relaciones filogenéticas de los genes PsSPDS y PsACL5.

Vuošku et al. encontraron tejidos de pino silvestre que contenían espermidina, espermina y termoespermina. Síntesis catalizada por enzimas PsSPDS de espermidina y espermina. Se descubrió que PsACL5 produce termoespermina, y la expresión del gen PsACL5 se localizó en el procambio en desarrollo en embriones y elementos traqueales en plántulas.

Contrariamente a opiniones anteriores, Vuosku et alLos resultados de . demuestran que la actividad SPMS no es una característica novedosa desarrollada únicamente en el linaje de angiospermas de las plantas con semillas, sino que también existe como una propiedad secundaria en la enzima SPDS del pino silvestre. El descubrimiento de SPDS bifuncional de una conífera evolutivamente antigua revela el eslabón perdido en la evolución de la ruta de biosíntesis de poliaminas. El hallazgo enfatiza la importancia de las funciones secundarias preexistentes en la evolución de nuevas actividades enzimáticas a través de la duplicación de genes. Los resultados también asocian PsACL5 con el desarrollo de estructuras vasculares en pino silvestre.