Biologie d’isoprénoïdes végétaux

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.