Potato aspartic proteases: induction, antimicrobial activity and substrate specificity [Solanum tuberosum L.]

English. Plant aspartic proteinases (EC 3.4.23) have been associated with abiotic stress responses, but little is known about their possible involvement in biotic stress responses. Here we report the induction of an aspartic proteinase, StAP3 (Solanum tuberosum aspartic protease), in potato leaves upon infection with Phytophthora infestans; we compared its antimicrobial activity and substrate specificity with StAP1, a previously characterized aspartic protease from potato tubers. Both aspartic proteinase content and activity were significantly higher in leaves from a resistant cultivar (Pampeana) as compared to a susceptible one (Bintje). In vitro analysis showed that StAP3 has antimicrobial activity towards P. infestans and Fusarium solani, like StAP1 from tubers. Substrate specificity of StAP1 and StAP3 was studied using oxidized insuline beta-chain as substrate. Both enzymes have a common cleavage position, like other plant aspartic proteases. Additionally, StAP1 has other two cleavage positions and StAP3 was able to cleave the peptide bond Phe sup(24)-Phe sup(25), a cleavage position found in other plant APs. The induction of both StAPs in potato tubers and leaves after wounding and infection in potato resistant cultivars and their antimicrobial activity would suggest that these StAPs are involved in plant defense response. In a previous paper, StAP antimicrobial activity was ascribed to StAP proteolytic activity. Differences in antimicrobial activity of StAP1 and StAP3 may be associated with differences found in the substrate specificity between these enzymes

Italian. [Le proteinasi aspartiche vegetali (EC 3.4.23) sono state associate con le risposte agli stress abiotici, ma poco è noto sul loro coinvolgimento nella risposta agli stress biotici. In questo lavoro riferiamo sull'induzione di una proteinasi aspartica, StAP3 (proteasi aspartica di Solanum tuberosum), nelle foglie di patata a seguito di infezione con Phytophthora infestans; abbiamo confrontato la sua attività antimicrobica e specificità per il substrato con quelle di StAP1, proteasi aspartica caratterizzata precedentemente nei tuberi di patata. Il contenuto e attività di ambedue le proteinasi erano significativamente più elevati in foglie di una cultivar resistente (Pampeana) rispetto a una suscettibile (Bintje). L'analisi in vitro ha evidenziato che la StAP3 ha attività antimicrobica verso P. infestans e Fusarium solani, come la StAP1 dei tuberi. La specificità per il substrato di StAP1 e STAP3 è stata studiata utilizzando la catena beta dell'insulina ossidata come substrato. Ambedue gli enzimi hanno una posizione comune di cleavage, come altre proteasi aspartiche vegetali. In aggiunta, StAP1 presenta due altre posizioni di cleavage e StPA3 era in grado di rompere il legame peptidico Phe sup(24)-Phe sup(25), posizione di cleavage trovata in altre AP. L'induzione di ambedue le StAP in tuberi e foglie di patata per ferita e infezione nelle cultivar resistenti e la loro attività antimicrobica fanno ritenere che queste StAP siano coinvolte nella risposta difensiva della pianta. In un lavoro precedente, l'attività antimicrobica delle StAP è stata ascritta alla loro attività proteolitica. Le differenze nell'attività proteolitica di StAP1 e StAP3 possono essere messe in relazione con le differenze riscontrate riguardo alla specificità del substrato]