Biologie d’isoprénoïdes végétaux

Responsable d'équipe : Hubert SCHALLER

Thème de recherche

L’essentiel de notre effort de recherche sur les Isoprénoïdes (syn. Terpénoïdes) de plante est l’identification et la caractérisation des régulateurs impliqués dans leur homéostasie. Nous développons des approches cellulaires et génétiques pour mieux comprendre le rôle essentiel de ces composés dans des processus biologiques et leur signalisation. L’équipe Plant Isoprenoid Biology (PIB) développe une coopération avec l’Universidade Federal Do Para (UFPA), Belém, Brésil, cadrée par une convention de Laboratoire International Associé «LIA CNRS – PALMHEAT».

La production cellulaire d’isoprénoïdes est compartimentée selon différents segments biosynthétiques, assez bien documentés pour ce qui concerne les enzymes, les intermédiaires biosynthétiques et les produits de fin de segments. Cependant, la régulation de ces biosynthèses et l’orchestration de leur fonctionnement dans le métabolisme cellulaire sont peu comprises. De plus, le rôle sur la croissance et le développement de certains produits comme les stérols restent à définir. En fait, la complexité d’un profil stérolique végétal indique très probablement une multiplicité de fonctions. De plus, l’accumulation de lipides stéroliques dans les tissus photosynthétiques est un processus à décrire sur le plan des enzymes impliquées et des processus cellulaires en jeu. Pour identifier ces mécanismes de régulation, nous mettons en œuvre différentes approches expérimentales: cribles génétiques, analyses chimiques et biochimiques, détermination de transcriptomes et protéomes de matériels choisis, imagerie cellulaire pour visualiser via des senseurs le recrutement d’un compartiment cellulaire donné pour le biosynthèse de précurseurs d’isoprénoïdes. L’intérêt de connaître les régulateurs de la biogenèse et de l’accumulation des terpénoïdes dans la cellule végétale est primordial parce que ces molécules ont des fonctions essentielles pour la plante (dans la structure des membranes, la photosynthèse, la respiration, la signalisation), les interactions biotiques, et sont d’autre part un énorme réservoir de substances bioactives pour la médecine et l’agriculture.

 

Projets

Croissance des plantes et métabolisme d’isoprénoïdes

Porteur de projet : Hubert SCHALLER

Les isoprénoïdes ou terpénoïdes sont des hormones, des pigments photosynthétiques, des vitamines, des lipides membranaires, et quelques autres métabolites essentiels à la vie. La régulation des différents segments biosynthétiques (plastidiaux, cytosoliques) et l’intégration de ceux-ci dans le métabolisme cellulaire sont encore largement méconnues. Des expériences de modulation ciblée d’expression de gènes d’une part, et la mise en oeuvre des criblages génétiques chez Arabidopsis thaliana et chez Hordeum vulgare (l’orge) d’autre part, sont des approches de choix pour générer les ressources d’intérêt visant à mieux décrire l’homéostasie isoprénique et la croissance des plantes. Ceci revêt un intérêt particulier pour contribuer à la sélection améliorante des espèces cultivées.

Régulation de la prénylation des protéines

Porteur de projet : Andréa HEMMERLIN

La prénylation des protéines est une modification post-traductionnelle essentielle pour une variété de voies de signalisation. Les plantes se distinguent par une double origine biosynthétique des substrats prényles qui sont synthétisés dans différents compartiments cellulaires. Cette particularité métabolique permet aux protéines prényltransférases de garantir une prénylation en continue de protéines ayant des fonctions fondamentales. Elle est utilisée comme modèle pour étudier la régulation de la biosynthèse des isoprénoïdes, des échanges de précurseurs entre compartiments cellulaires mais également pour le criblage de composés chimiques interférant ou dérégulant ce processus.

Diversité métabolique triterpénique

Porteur de projet : Hubert SCHALLER

Les plantes produisent un foisonnement de diterpènes et triterpènes, qui peuvent s’accumuler dans des structures cellulaires spécialisées comme les laticifères des euphorbes. D’autres plantes, en particulier Arabidopsis thaliana, possèdent un jeu de triterpène synthases parmi lesquelles certaines sont vitales et d’autres sont apparemment facultatives. L’analyse détaillée des profils de triterpènes en spectrométrie de masse ainsi que l’élucidation de leurs fonctions physiologiques est l’objectif majeur du projet. Ce projet est aussi lié à la valorisation des produits comme matières premières ou actifs chimiques, dans une approche de bio-économie.

Biosynthèse et fonctions des stérols dans la croissance

Porteur de projet : Hubert SCHALLER

Les stérols sont d’importants composés membranaires, ainsi que les précurseurs de substances de croissance appelées brassinostéroïdes. Les plantes supérieures ont des caractéristiques biosynthétiques qui les distinguent des autres organismes. Notre objectif est de décortiquer le(s) rôle(s) biologique(s) du sitostérol et d’autres stérols végétaux au niveaux cellulaire et moléculaire.

Réponse au stress thermique du palmier d'Amazonie

Porteur de projet : Hubert SCHALLER

Le projet s’inscrit dans le cadre d’une coopération entre l’Université Fédérale de Pará (UFPA Belém, Brésil) et l’IBMP  au sein du LIA  (Laboratoire International Associé) du CNRS PALMHEAT. Euterpe oleracea, un palmier amazonien également appelé «açai», possède un métabolisme spécialisé actif qui entraîne l’accumulation de grandes quantités d’isoprénoïdes. L’une des  caractéristiques de cette plante cultivée issue d’un écosystème agroforestier tropical ou d’une forêt de mangroves est son adaptation aux épisodes de stress thermique, au rayonnement UV élevé ou aux longues périodes d’inondation qui causent l’anoxie racinaire. L’objectif de cette recherche collaborative est d’identifier les éléments génétiques clés responsables d’une telle adaptation.

Accumulation foliaire de lipides

Porteur de projet : Anne BERNA

La mise en réserve de lipides est un caractère agronomique majeur, non seulement dans les graines mais aussi dans les feuilles. Certaines plantes cultivées comme Nicotiana tabacum (le tabac) sont actuellement considérées comme une source de biomasse ou de matière hydrocarbonée. Nous caractérisons d’un point de vue génétique, cellulaire et biochimique l’acylation des stérols chez différentes lignées végétales qui montrent une hyperstérolémie résultant en un stockage de gouttelettes lipidiques dans les organes photosynthétiques.

Métabolisme d’isoprénoïdes dans les interactions microbiote-plante

Porteur de projet : Florence ARSÈNE-PLOETZE

Le développement récent des approches de microbiologie et génomique environnementales a permis de dresser un inventaire très précis des communautés bactériennes d’Arabidopsis thaliana, du tabac, ou de l’orge, et d’isoler de nombreuses bactéries associées à ces plantes. En utilisant des approches « omic », le FISH et des techniques de microbiologie classiques, nous étudions l’influence des communautés microbiennes sur le métabolisme d’isoprénoides, d’une part, et d’autre part le rôle que certains produits de ce métabolisme pourraient avoir sur la mise en place de la communauté microbienne.

Membres de l'équipe

Choix de publications

  • VILLETTE C., ZUMSTEG J., SCHALLER H. and HEINTZ D.

    Non-targeted metabolic profiling of BW312 Hordeum vulgare semi dwarf mutant using UHPLC coupled to QTOF high resolution mass spectrometry.

    Scientific Reports, 8(1):13178, 2018. | DOI : 10.1038/s41598-018-31593-1DOI logo

  • SILVESTRO D., VILLETTE C., DELECOLLE J., OLSEN C.E., MOTAWIA M.S., GEOFFROY P., MIESCH M., JENSEN P.E., HEINTZ D. and SCHALLER H.

    Vitamin D5 in Arabidopsis thaliana

    Scientific Reports, 8(1):16348, 2018. | DOI : 10.1038/s41598-018-34775-zDOI logo

  • NAKAMOTO M., SCHMIT A.C., HEINTZ D., SCHALLER H. and OHTA D.

    Diversification of sterol methyltransferase enzymes in plants and a role for ( beta )-sitosterol in oriented cell plate formation and polarized growth

    Plant Journal, 84(5):860-874, 2015. | DOI : 10.1111/tpj.13043DOI logo

  • VILLETTE C., BERNA A., COMPAGNON V. and SCHALLER H.

    Plant sterol diversity in pollen from Angiosperms

    Lipids, 50(8):749-760, 2015. | DOI : 10.1007/s11745-015-4008-xDOI logo

  • HUCHELMANN A., GASTALDO C., VEINANTE M., ZENG Y., HEINTZ D., TRITSCH D., SCHALLER H., ROHMER M., BACH T.J. and HEMMERLIN A.

    S-Carvone suppresses cellulase-induced capsidiol production in Nicotiana tabacum by interfering with protein isoprenylation.

    Plant Physiology, 164:935-950, 2014. | DOI : 10.1104/pp.113.232546DOI logo