As poliaminas são pequenos metabólitos presentes em todas as células vivas e desempenham papéis fundamentais em inúmeros eventos fisiológicos nas plantas. As aminopropiltransferases (APTs), espermidina sintase (SPDS), espermina sintase (SPMS) e termospermina sintase (ACL5), são enzimas essenciais na via de biossíntese de poliaminas. Nas angiospermas, o SPMS evoluiu do SPDS por meio da duplicação de genes, enquanto nas gimnospermas os APTs são praticamente inexplorados e nenhum gene SPMS foi relatado. Vuosku e seus colegas pretendiam investigar as propriedades funcionais das proteínas SPDS e ACL5 de pinheiro bravo (Pinus sylvestris L.) para examinar o papel e a evolução dos APTs nas plantas superiores.

Modelo proposto para evolução de aminopropiltransferases em plantas com sementes.
Modelo proposto para evolução de aminopropiltransferases em plantas com sementes. Em plantas com sementes antigas, a enzima espermidina sintase (SPDS) possuía uma ampla especificidade de substrato e mostrou atividade de espermina sintase (SPMS) como uma propriedade secundária. Após a duplicação do gene SPDS na linhagem de angiospermas, as funções da enzima progenitora foram divididas para as cópias filhas, e a atividade de SPMS cooptou um papel primário em uma cópia, enquanto a forma bifuncional foi preservada na linhagem de gimnospermas. O gene da termospermina sintase (ACL5) parece ter uma origem evolutiva diferente e pode ter sido adquirido por plantas por meio de transferência horizontal de genes.

A equipe analisou sementes e mudas de pinheiro escocês para poliaminas por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e a expressão dos genes PsSPDS e PsACL5 por hibridação in situ. Eles produziram proteínas recombinantes de PsSPDS e PsACL5 e investigaram as proteínas quanto a propriedades funcionais. Também foram analisadas estruturas gênicas, regiões promotoras e relações filogenéticas dos genes PsSPDS e PsACL5.

Vuosku et al. descobriu que tecidos de pinheiro escocês continham espermidina, espermina e termospermina. A enzima PsSPDS catalisou a síntese de espermidina e espermina. Verificou-se que PsACL5 produz termospermina, e a expressão do gene PsACL5 foi localizada no procâmbio em desenvolvimento em embriões e elementos traqueais em mudas.

Ao contrário das visões anteriores, Vuosku et al.'s resultados demonstram que a atividade de SPMS não é uma característica nova desenvolvida apenas na linhagem angiosperma de plantas com sementes, mas também existe como uma propriedade secundária na enzima SPDS de pinheiro escocês. A descoberta de SPDS bifuncional de uma conífera evolutivamente antiga revela o elo perdido na evolução da via de biossíntese de poliamina. A descoberta enfatiza a importância de funções secundárias pré-existentes na evolução de novas atividades enzimáticas por meio da duplicação de genes. Os resultados também associam PsACL5 com o desenvolvimento de estruturas vasculares em pinheiro bravo.