Evolution et diversité du métabolisme des plantes

Responsable d'équipe : Emmanuel GAQUEREL

Thème de recherche

Les plantes sont des chimistes organiques hors pair et produisent des répertoires extrêmement variés de métabolites. En particulier, de nombreuses classes métaboliques se sont très largement diversifiées au cours de l’évolution des lignées végétales terrestres. L’objectif principal de notre équipe est d’élucider les bases biochimiques et de retracer l’histoire évolutive de voies métaboliques contribuant aux processus fondamentaux du développement et surtout à l’adaptation des plantes à leur environnement biotique et abiotique.

Spécifiquement, notre équipe identifie et caractérise des gènes clés (en particulier de la superfamille du cytochrome P450) du métabolisme végétal et vise à appréhender les bases moléculaires, voire à reconstruire l’histoire évolutive de voies métaboliques conduisant à la synthèse:

  • de biopolymères structuraux (biopolymères phénoliques et à base d’acides gras)
  • de divers métabolites spécialisés d’intérêt économique ou écologique,
  • et d’hormones (jasmonates).

En utilisant un large éventail de modèles végétaux et d’approches multidisciplinaires, nous cherchons à acquérir des connaissances fondamentales sur le métabolisme des plantes au niveau moléculaire, enzymatique et supramoléculaire ainsi que sur ses fonctions écologiques. Plus d’informations sont fournies ci-dessous sur des projets spécifiques.

 

Projets

Evolution et ingénierie du métabolisme phénolique

Porteur de projet :Hugues RENAULT

L’émergence du métabolisme phénolique a constitué une étape essentielle de la transition des plantes du milieu aquatique au milieu terrestre, et de la colonisation de ce dernier. Il fournit à la plante des molécules aux propriétés anti-UV et anti-oxydantes, ainsi que les précurseurs de biopolymères structuraux (e.g. la lignine), contribuant ainsi à l’adaptation aux conditions terrestres. Nous étudions les mécanismes évolutifs qui ont conduit à l’émergence et à la diversification de ce métabolisme chez les plantes terrestres, et les fonctions physiologiques et métaboliques associées. Pour atteindre nos objectifs scientifiques, nous mettons en œuvre un assortiment original de plantes modèles, en particulier Arabidopsis thaliana (dicotylédones), Brachypodium distachyon (monocotylédones), Physcomitrella patens (mousse) et Marchantia polymorpha (hépatique). La production d’antioxydants dans la mousse est également entreprise par une approche d’ingénierie métabolique.

2.5.0.0

Rôle des métabolons dans la régulation et la plasticité du métabolisme végétal

Porteur de projet :Jean-Etienne BASSARD

Dans un contexte évolutif, il semble que les voies de biosynthèse se sont organisées en complexes protéiques dynamiques et transitoires, aussi appelés métabolons. Cette organisation supramoléculaire représente un niveau de compartimentation cellulaire supplémentaire et permet éventuellement un niveau additionnel de régulation des métabolismes. Mais les mécanismes mis en jeu dans leurs formations et leurs impacts sur le métabolisme ne sont généralement pas abordés. Nous étudions plus en détail les modalités et le contexte qui gouvernent la formation des métabolons, leur composition et leur organisation, ainsi que leur importance dans la régulation et la plasticité du métabolisme spécialisé des plantes. Pour ce faire, nous utilisons principalement le modèle P. patens et la voie des phénylpropanoïdes.

2.5.0.0

Oxydation des acides gras précurseurs de la cutine et de la subérine

Porteur de projet :Franck PINOT

La cutine et la subérine représentent de véritables barrières qui protègent les plantes contre différents stress comme les pertes hydriques, les pathogènes, les UV. Elles constituent également un réservoir de molécules dérivées d’acides gras, possédant différentes propriétés biologiques. Nous travaillons dans le but de comprendre la mise en place de ces structures qui sont constituées par l’assemblage dans un réseau tridimensionnel d’acides gras poly-hydroxylés ou époxydés. Par des approches biochimiques et de génétique inverse, nous cherchons à caractériser les cytochromes P450 et les époxyde-hydrolases impliqués dans la production de ces acides gras. Modèles: Arabidopsis, céréales, légumineuses.

2.5.0.0

Evolution du métabolisme spécialisé comme déterminant des relations plantes-insectes

Porteur de projet :Emmanuel GAQUEREL

L’interaction avec les insectes est l’une des nombreuses pressions de sélection qui, au cours de l’évolution, a façonné la diversité du métabolisme spécialisé chez les plantes. En effet, de nombreux métabolites spécialisés agissent soit comme répulsifs ou attractifs pour différents insectes. Plus généralement, cette diversité de fonctions écologiques remplies par le métabolisme spécialisé est reflétée par l’importante diversité structurelle détectée chez les lignées de plantes terrestres. En utilisant les interactions plantes-insectes comme paradigme de la fréquente multifonctionnalité des voies du métabolisme végétal, l’objectif de ce projet est de comprendre la biochimie et l’évolution d’innovations métaboliques détectées par approche métabolomique. Les modèles actuellement étudiés au sein des Solanacées comprennent la tomate et des espèces sauvages apparentées, ainsi que différentes espèces du genre Nicotiana.

 

2.5.0.0

Métabolisme oxydatif des petits isoprénoïdes

Porteur de projet :Nicolas NAVROT

Le métabolisme oxydatif des monoterpènes, des sesquiterpènes, et en particulier des monoterpènols comme le linalool et le géraniol génère un grand nombre de composés bioactifs, en particulier des iridoïdes sources d’antioxydants et de médicaments, des composés aromatiques et des molécules de défense. Nous étudions les voies métaboliques produisant ces composés, le rôle de ces derniers dans la plante et la régulation de leur production. Nos modèles sont la vigne pour l’étude des arômes, Arabidopsis thaliana et différentes astéracées pour les composés de défense, les iridoïdes et autres molécules actives.

Projets financés : ANR InteGrape, LabCom TerpFactory

2.5.0.0

Régulation métabolique de la signalisation des jasmonates

Porteur de projet :Thierry HEITZ

Les jasmonates (JAs) constituent une classe d’hormones essentielle pour la fertilité des plantes et pour coordonner l’induction de réponses de défense à des attaques par des microbes ou insectes. Nous cherchons à comprendre quand et comment les plantes génèrent et éliminent différents JAs bioactifs pour adapter leur physiologie aux menaces environnementales. A partir de notre élucidation récente de deux voies d’inactivation enzymatique de l’hormone majeure JA-Isoleucine, médiées par des CYP94 ou des amidohydrolases, nous explorons de nouvelles étapes métaboliques affectant la signalisation dans la voie des JAs. Ces recherches visent à découvrir de nouveaux réseaux de régulation et fournissent des outils pour des applications agronomiques ou thérapeutiques. Modèles : Arabidopsis, riz.

2.5.0.0

Membres de l'équipe