Analyse fonctionnelle de l’expérience YF

La liste des gènes différentiels de l’expérience YF est donnée dans le tableau A.4 en annexe. L’examen de ce tableau montre que 22 gènes sont significativement surexprimés, tandis que 31 sont réprimés chez Buchnera lorsque le puceron est nourri sur un milieu sans tyrosine ni phénylalanine. Dix gènes montrent des rapports d’expression différentiels inférieurs à 0,5 et huit supérieurs à deux.

Comme le taux de faux positifs est important dans cette expérience, nous avons vérifié les valeurs d’expression différentielle pour un certain nombre de gènes

(tableau A7 en annexes). Parmi les 12 gènes testés, 10 montrent des rapports concordant entre les deux techniques. Les gènes hisH et aroH montrent des rapports d’expression contradictoires. Nous verrons par la suite que les corrections apportées par la PCR quantitative sur ces deux gènes apportent de la cohérence dans l’analyse fonctionnelle.

Métabolisme des acides aminés et des vitamines

Au total, dix gènes significatifs individuellement sont impliqués dans le métabolisme des acides aminés. La biosynthèse du tryptophane, de l’histidine et de l’arginine semble affectée par le stress. On peut remarquer que les gènes codant les enzymes de la branche finale de la biosynthèse de la phénylalanine ne sont pas induits.

Dans les voies de biosynthèse des acides aminés aromatiques. Le gène aroH est induit (mesure par PCR quantitative), par contre dans la branche terminale de biosynthèse du tryptophane, le gène trpE est significativement réprimé ; les gènes

trpA, trpB et trpG sont également réprimés, tandis que trpC est invariant et trpD est

légèrement surexprimé. La voie semble globalement réprimée même si le test global sur la voie n’est pas significatif (test des rangs signés de Wilcoxon, pw = 0,07).

Dans la voie de l’histidine, cinq des huit gènes de l’opéron his sont réprimés par la déplétion (hisC et hisG sont significatifs). Le gène hisG a été décrit chez d’autres bactéries comme codant une enzyme rétroinhibée par le substrat dans la biosynthèse de l’histidine et pourrait donc être un gène clé de cette voie (Hoppe et al. 1979). La mesure du rapport d’expression différentielle par PCR quantitaive révèle une répression du gène hisH (contrairement à la mesure par puce estimant une surexpression forte). Après élimination du gène hisH, la voie est globalement réprimée (p_w = 0,01).

Enfin, le gène carB est réprimé par la déplétion en YF. Le complexe protéique CarAB est impliqué dans la biosynthèse de l’arginine ; c’est également un régulateur important du flux d’azote entre la biosynthèse des bases pyrimidiques et celles des acides aminés via la glutamine. Il est à noter que le gène codant la sous-unité CarA est également réprimé dans l’expérience.

Dans les voies de biosynthèse des vitamines et des groupes prosthétiques, on trouve les gènes bioA (biosynthèse de la biotine), gshA (biosynthèse du glutathion),

ispA (métabolisme des isoprénoïdes), hemD et hemK (métabolisme de la porphyrine)

qui sont réprimés par le stress en acides aminés YF. Seul le gène ribE, codant la chaîne α de la riboflavine synthétase, est activé par la déplétion YF.

Aucun gène des voies de la glycolyse ou des pentoses phosphates n’est régulé significativement par la déplétion en acides aminés. Par contre, dans les voies associées à la biosynthèse du peptidoglycane, trois gènes sont significativement activés : a m i B (acétylmuramoyl-L-alanine amidase), m u r C (UDP-N-acétylmuramate-L-alanine ligase) et u p p P (undecaprenyl-diphosphatase). Globalement, ni la voie métabolique, ni l’opéron mur ne sont significativement réprimés.

Transport, système flagellaire

Deux gènes annotés comme transporteurs sont retrouvés dans notre analyse différentielle. Le gène cyoB (transporteur d’électrons attaché à la membrane interne) est significativement réprimé, alors que ptsH (transporteur PTS de glucose) est activé. L’autre transporteur PTS de Buchnera codé par le gène ptsG est également surexprimé (non significatif).

Le gène flgA, codant une protéine du flagelle, est significativement surexprimé. Globalement l’opéron flg, codant la partie du flagelle associée à la membrane externe, semble surexprimé (mais le test n’est pas significatif). A l’inverse, l’opéron

fli codant la partie basale semble plutôt réprimé, mais le test n’est pas significatif

non plus (pw = 0,4).

Régulation de la transcription, de la traduction et métabolisme de l'ADN

Le métabolisme des ARNt est activé par le stress nutritionnel. Vingt-six des 32 ARNt sont surexprimés (pw = 10^-5), ainsi que de nombreux gènes de la biosynthèse des ARNt. Ce point a été évoqué dans le paragraphe précédent.

Le gène ligA, codant la protéine Dnlj essentielle pour la réplication, est surexprimé en condition de stress, comme les gènes greA (régulateur de l’élongation) et nusG (anti-terminaison). Inversement, le gène apaH (métabolisme des nucléosides) est réprimé par le stress en acides aminés. Le gène rep1, localisé sur le plasmide leucine, est surexprimé dans notre expérience. Ce gène avait été initialement annoté comme codant la protéine RepA1 associée à la réplication. Il est maintenant annoté comme erreur de chaîne de lecture dans la base de données. Nos expériences suggèrent que l’annotation initiale était correcte et que le gène est vraisemblablement fonctionnel dans la mesure où son niveau d’expression est fort (155ème rang d’expression moyen sur 617). Le gène rep2, codant une autre protéine de réplication, probablement organisé en opéron avec rep1, est également surexprimé.

Parmi les gènes surexprimés par la déplétion en acides aminés YF, on trouve les gènes dnaK (codant la protéine de choc thermique Hsp70 impliquée dans le repliement et le transport des protéines), ibpA (codant la protéine de choc thermique de faible masse moléculaire) et surA (codant un chaperon moléculaire). Deux gènes sont significativement réprimés dans l’expérience : ppiD (repliement des protéines) et gcp (catabolisme des protéines).

Métabolisme lipidique

Les gènes lpdA (dihydrolipoyl dehydrogenase) et fabI (énoyl-ACP reductase) sont réprimés par la déplétion YF. Ils interviennent dans le métabolisme lipidique, une fonction très altérée chez Buchnera.

Divers

Le gène codant la protéine inconnue Yba4 est activé par la déplétion en acides aminés YF.