Non-digestible proteins and protease inhibitors: implications for defense of the colored eggs of the freshwater apple snail Pomacea canaliculata

BROLA, TABATA ROMINA; QIU, JIAN-WEN; BROLA, TABATA ROMINA; QIU, JIAN-WEN; DREON, MARCOS SEBASTIÁN; HERAS, HORACIO; DREON, MARCOS SEBASTIÁN; HERAS, HORACIO; ITUARTE, SANTIAGO; SUN, JIN; ITUARTE, SANTIAGO; SUN, JIN

CANADIAN JOURNAL OF ZOOLOGY

NATL RESEARCH COUNCIL CANADA-N R C RESEARCH PRESS

Año: 2019 vol. 97 p. 558 - 566

0008-4301

medical issues. A peculiar trait of this snail is a high biological potential, related to the absence of predators of their eggs. Eggsshow protease inhibitor (PI) activity, originally ascribed to PcOvo perivitellin in the apple snail Pomacea canaliculata (Lamarck,1822) but absent in PmPV1, the orthologoue of PcOvo, in eggs of the apple snail Pomacea maculata Perry, 1810. As egg fluiddiminishes rat growth rate, an antidigestive effect, similar to plant defenses against herbivory, was hypothesized. However, PIactivity has not been characterized in apple snail eggs. Here we identify and partially characterize P. canaliculata egg PI andimprove our knowledge of the quaternary structure and evolution of PcOvo. Through N-terminal, transcriptomic or proteomicsequencing, and biochemical validation, we identified a Kunitz-type and a Kazal-type inhibitor that, though at low concentrationin the egg, exhibit strong PI activity against trypsin, chymotrypsin, elastase, and subtilisin. Additionally, we report three newsubunits for the non-digestible storage protein PcOvo. They are likely products of ancient gene duplication, as their sequencesexhibit moderate similarity (30%). To our knowledge, this is the first report of Kazal-type inhibition among invertebrate eggs.Inhibiting varied proteases, PI seems an efficient adaptive trait that limits predator?s capacity to digest egg nutrients.Key words: protease inhibitor, invasive species, snail, Pomacea, predation defenses, egg defenses.Résumé : Les ampullaires (Pomacea Perry, 1810) sont des envahisseurs prolifiques qui causent des perturbations écologiques, despertes économiques et des problèmes médicaux. Un caractère particulier de ces escargots est leur potentiel biologique élevéassocié à l?absence de prédateurs de leurs oeufs. Les oeufs présentent une activité antiprotéase attribuée à l?origine à la périvitellinePcOvo chez l?escargot-pomme Pomacea canaliculata (Lamarck, 1822), mais absente dans la PmPV1, l?orthologue de la PcOvo,dans les oeufs de Pomacea maculata Perry, 1810. Comme le liquide des oeufs réduit le taux de croissance de rats, la présence d?uneffet antidigestif semblable à des mécanismes de défense des plantes contre l?herbivorie a été postulée. L?activité antiprotéasedans les oeufs d?ampullaires n?a toutefois pas été caractérisée. Nous établissons et caractérisons partiellement une activitéantiprotéase des oeufs de P. canaliculata et améliorons les connaissances sur la structure quaternaire et l?évolution de la PcOvo.Nous utilisons le séquençage transcriptomique ou protéomique de l?extrémité N-terminale et la validation biochimique pourétablir la présence d?un inhibiteur de type Kunitz et un autre de type Kazal qui, bien qu?en faibles concentrations dans les oeufs,présentent une forte activité antiprotéase contre la trypsine, la chymotrypsine, l?élastase et la subtilisine. Nous faisons en outreétat de trois nouvelles sous-unités pour la protéine de réserve non digestible PcOvo, qui sont vraisemblablement des produits deduplications géniques anciennes, puisque leurs séquences présentent une similitude modérée (30 %). À notre connaissance, ils?agit du premier signalement d?une inhibition de type Kazal pour des oeufs d?invertébrés. En inhibant des protéases diverses,l?activité antiprotéase semble être un caractère évolutif efficace pour limiter la capacité des prédateurs à digérer les nutrimentsdes oeufs. [Traduit par la Rédactio