Projet ANR-07-BLAN-0359 – METAMAP : Metabolic mapping of gene families : a new strategy for the discovery of overlooked pathways
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : daniele WERCK (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE ALSACE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Institut national de la recherche agronomique
Montant : 380000.0 euros
Durée : 36 mois
Résumé : Les plantes synthétisent une énorme diversité de composés organiques, qualifiés de substances naturelles, qui jouent un rôle essentiel de protection contre les nuisibles, d'éléments structuraux, de signaux ou molécules allélochimiques. Ces substances naturelles sont la principale source de colorants, polymères, huiles, parfums, arômes et médicaments. L'exploitation de cette immense ressource requiert une bonne description des métabolites produits et de leurs voies de biosynthèse. L'analyse des premiers génomes végétaux vient pourtant de révéler que la plus grande partie du métabolisme reste complètement méconnu : aucune fonction n'est associée à 80% des gènes qui y participent. Nous proposons ici une nouvelle stratégie pour la prédiction de leur fonction. Cette stratégie se base sur l'observation que les gènes impliqués dans une même voie métabolique sont généralement co-régulés. Elle exploite la somme d'information décrivant le transcriptome d'Arabidopsis thaliana accessible dans les bases de données. Les cytochromes P450 qui forment la plus vaste famille multigénique impliquée dans le métabolisme végétal sont utilisés pour cartographier l'ensemble des gènes co-régulés. Il en résulte une carte prédictive associant groupes de gènes, profil d'expression et fonction biologique potentielle. La validité de cette approche semble confortée par la prédiction correcte de la fonction de gènes déjà décrits. Le but de ce projet est de valider la prédiction pour quelques gènes orphelins afin de démontrer le potentiel de cette nouvelle approche. -  Deux groupes de gènes ont été sélectionnés pour cette étude : les prédictions les associent, avec une forte probabilité, à la production florale de monoterpènes volatils dans un cas, au métabolisme racinaire des triterpènes dans l'autre. Le premier groupe est formé de deux mono-terpène synthases et de trois P450s monooxygénases, le second d'une triterpène synthase et deux P450 co-exprimés. Toutes les ramifications du métabolisme des isoprénoides ont en commun d'utiliser des précurseurs universels (eg GPP ou 2,3-époxysqualène) pour synthétiser une immense diversité de composés après conversion initiale par une terpène synthase (TPS). Les produits des TPSs sont ensuite modifiés, le plus souvent hydroxylés, pour accroître la diversité de structures et d'activités biologiques. Le patron d'hydroxylation est un élément déterminant des propriétés biologiques et organoleptiques du produit. Les hydroxylations sont généralement catalysées par des P450s. Chez A. thaliana, les produits du métabolisme terpénique et leur activité biologique ne sont guère décrits. Nous proposons donc d'exprimer dans la levure des couples TPS/P450 co-exprimés, afin de déterminer les produits formés. Nous utiliserons pour cela des souches de levure dont le fond génétique sera adapté de manière à favoriser l'accumulation de GPP ou de 2,3-époxysqualène. L'activité biologique (antibactérienne) in vitro et sensorielle de ces produits sera évaluée. Parallèlement, la fonction des gènes candidats sera analysée in planta. Les profils d'expression prédits in silico seront vérifiés sur des plantes transformées par des constructions promoteur-GUS et qRT-PCR. Les plantes sauvages, surexprimantes ou présentant une insertion T-DNA pour les gènes d'intérêt feront l'objet d'une comparaison phénotypique et d'analyse de métabolites. Certains de ces mutants sont déjà disponibles et en cours d'évaluation dans les laboratoires des partenaires du projet. Leur analyse par GC-MS se concentrera sur les mono- et tri-terpènes dans les inflorescences et les racines, le cas échéant sur les fractions volatiles ou les exsudats. L'analyse des terpènes et volatiles floraux sera effectuée avec le support de la plate-forme analytique de Firmenich (industriel des parfums et arômes). La présence de gènes orthologues sera recherchée chez le colza et vigne. -  Le rôle écophysiologique des gènes candidats sera exploré dans un premier temps en soumettant les transforma