Molecular analysis of desiccation tolerance in barley embryos and in the resurrection plant Craterostigma plantagineum

Abstract

Two experimental systems, developing barley embryos and the desiccation-tolerant plant Craterostigma plantagineum, have been used to isolate cDNA clones specifically expressed in dehydrated tissues. Sequence analysis revealed that most of the isolated cDNA clones show homologies to previously reported genes. Most of the desiccation-induced genes in Craterostigma encode polypeptides with substantial homologies to proteins expressed during late embryogenesis in many higher plants. The expression of these genes is induced by abscisic acid treatment in leaves and in undifferentiated callus tissue. Subcellular localization of the corresponding proteins shows that most are cytoplasmic and that 3 dehydration-induced proteins are localized in the chloroplast. In developing barley embryos, some of the cDNA clones are related to genes encoding enzymes involved in sugar metabolism. One of these clones shows high homology to the animal aldose reductases involved in the synthesis of the osmolyte sorbitol. The protein encoded by this clone has been over-expressed in Escherichia coli and the purified protein shows aldose reductase activity.Analyse moléculaire de la tolérance à la dessiccation d'embryons d'orge et de la « plante à résurrection » Craterostigma plantagineum. Deux systèmes expérimentaux, à savoir les embryons d'orge et la « plante à résurrection » Craterostigma plantagineum, ont été utilisés pour isoler des clones d'ADNc exprimés de manière spécifique dans les tissus déshydratés. L'analyse de séquence de ces clones révèle, dans la plupart des cas, une homologie avec des gènes déjà connus. Chez Craterostigma plantagineum, la plupart des gènes induits par la dessiccation codent pour des polypeptides similaires aux protéines exprimées durant l'embryogenèse tardive de plusieurs plantes supérieures. L'expression de ces gènes est induite par des traitements à l'ABA sur des feuilles ou des cals. Les protéines induites par la déshydratation sont pour la plupart localisées dans le cytoplasme mais 3 d'entre elles sont chloroplastiques. Dans les embryons d'orge en développement, certains de ces clones d'ADNc présentent une homologie avec des gènes codant pour des enzymes impliquées dans le métabolisme des glucides. Un de ces clones montre une forte homologie avec le gène de l'aldose réductase animale qui intervient dans la synthèse du sorbitol. La protéine codée par ce clone a été surexprimée chez E coli. Après purification, cette protéine possède une activité aldose réductase