Cloning, expression and molecular modeling of the anthocyanidin reductase (FaANR) gene during strawberry fruit development

Abstract

INTRODUCTION - Proanthocyanidins (PAs) are a group of polyphenolic secondary metabolites synthesized in plants via flavonoid pathway. Strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) is a rich source of flavonoids and proanthocyanins, which are known to have multiple health benefits. The anthocyanidin reductase (ANR) is an interesting gene to study within the flavonoid biosynthesis pathway, since it diverts the anthocyanin pathway to flavonol synthesis. MATERIALS AND METHODS – The present study describes cloning, semi-quantitative expression analysis and molecular modeling of the strawberry (cv. Sweet Charlie) anthocyanidin reductase (FaANR) gene during the progressive stages of fruit development. RESULTS AND DISCUSSION – The FaANR gene was 1,020 bp long with an open reading frame encoding a protein of 308 amino acid residues. The estimated molecular mass and isoelectric point of the protein were 32.89 kD and 5.54, respectively. The expression of FaANR was only seen during early stages of fruit development indicating its early involvement in PA accumulation, well before ripening onset. Analysis of the FaANR sequence showed 98% similarity to ANR from diploid strawberry, Fragaria vesca. The cladistic analysis indicated that the FaANR was phylogenetically similar to Pyrus and Prunus ANR genes. Protein modeling suggested protein-ligand interactions at active site with NADP binding as the plausible mechanism of action. CONCLUSION – This is the first report on cloning, expression study and in silico modeling of an anthocyanidin reductase of strawberry. The conditions of in vivo modulation of ANR expression open applied perspectives for commercial production of PAs in strawberry and other berries.

INTRODUCTION – Les proanthocyanidines (PA) sont un groupe de métabolites secondaires polyphénoliques synthétisés dans les plantes via la voie des flavonoïdes. La fraise (Fragaria × ananassa Duch.) est une riche source de flavonoïdes et de pro-anthocyanes, qui sont connus pour avoir de multiples bénéfices pour la santé. L’anthocyanidine réductase (ANR) est un gène intéressant à étudier dans la voie de la biosynthèse des flavonoïdes, puisqu’elle détourne la voie anthocyanique vers la synthèse de flavonol. MATERIEL ET METHODES – La présente étude décrit le clonage, l’analyse d’expression semi-quantitative et la modélisation moléculaire du gène de l’anthocyanidine réductase fraise (cv. Sweet Charlie) pendant les étapes progressives du développement des fruits. RESULTATS ET DISCUSSION – Le gène FaANR mesure 1.020 pb de long avec un cadre de lecture ouvert codant pour une protéine de 308 résidus d’acides aminés. La masse moléculaire estimée et le point isoélectrique de la protéine sont de 32,89 kD et 5,54, respectivement. L’expression de FaANR n’a été observée que durant les premiers stades du développement des fruits, ce qui indique son implication précoce dans l’accumulation de PA, bien avant le début de la maturation. L’analyse de la séquence FaANR a montré une similitude de 98% avec l’ANR de la fraise diploïde Fragaria vesca. L’analyse cladistique a indiqué que le FaANR était phylogénétiquement similaire aux gènes ANR de Pyrus et de Prunus. La modélisation des protéines suggère des interactions protéine-ligand au site actif avec la liaison au NADP comme mécanisme d’action plausible. CONCLUSION – Il s’agit du premier rapport de clonage, d’étude d’expression et de modélisation in silico de l’anthocyanidine réductase de fraise diploïde. Les conditions de modulation in vivo de l’expression de l’ANR ouvrent des perspectives appliquées pour la production commerciale d’AP dans la fraise et d’autres baies.