Les questions scientifiques autour desquelles mes collaborateurs et moi-même travaillons se déclinent selon différents axes visant à explorer le métabolisme lipidique dans la graine. Le terme métabolisme désigne ici la synthèse de novo et l’utilisation des acides gras pour l’élaboration de lipides complexes. Une attention particulière est portée à la biosynthèse des huiles, aussi appelées triglycérides (TAGs) pendant le remplissage de la graine.
1. Diversité des acides gras dans les graines oléagineuses
La caractérisation de la diversité chimique des acides gras stockés dans les graines oléagineuses, entreprise de longue date par de nombreux groupes à travers le monde, a révélé plus de 400 structures distinctes (Baud, 2018). L’exploration de la biodiversité demeure incomplète et se poursuit. Nous déployons une approche novatrice qui consiste à analyser séparément l’huile mise en réserve dans l’albumen et dans l’embryon. Souvent, leurs compositions diffèrent, l’albumen se révélant être un lieu de synthèse et d’accumulation d’acides gras non usuels (Miray et al., 2021). Ce projet au long cours s’appuie sur des collaborations avec de nombreux jardins botaniques à travers le monde et des partenaires détenteurs de collections de graines oléagineuses (e.g. collections de cultivars de colza, de caméline).
2. Enzymes du métabolisme des acides gras
Si les grands axes sous-tendant le métabolisme lipidique sont assez bien connus chez les plantes à graines, ce métabolisme a souvent été étudié chez des espèces modèles, en se focalisant sur les métabolites majoritaires dans leurs tissus. Le cœur de notre démarche consiste à caractériser des enzymes atypiques impliquées dans le métabolisme des acides gras non usuels. Au cours des dernières années, notre activité s’est particulièrement focalisée autour de la caractérisation de désaturases plastidiales atypiques appartenant à la famille des acyl-ACP désaturases (AADs). Par exemple, parmi les 7 isoformes d’AADs codées par le génome d’Arabidopsis thaliana, outre 4 isoformes de ∆9 stéaroyl-ACP désaturases archétypales, très conservées, et productrices d’acide oléique (18:1 oméga-9), nous avons pu mettre en évidence 2 isoformes atypiques productrices de monoinsaturés non usuels de type oméga-7 (Troncoso Ponce et al., 2016 ; Ettaki et al., 2018). Cette démarche nous permet d’identifier de nouveaux types de désaturases et d’étudier la relation entre structure et fonction chez cette classe d’enzymes exceptionnelles opérant de manière régiosélective et stéréospécifique sur des substrats (chaines carbonées saturées) pourtant dépourvus de tout ‘repère topologique’.
3. Régulations du métabolisme lipidique dans la graine
L’étude de la régulation transcriptionnelle du métabolisme lipidique dans la graine correspond à notre activité historique. Après avoir longuement étudié la famille des facteurs de transcription de type AP2 nommés WRINKLED (To et al., 2012 ; Marchive et al., 2014) et activant la voie de biosynthèse des acides gras dans différentes tissues de la plante, nous avons caractérisé MYB118 et MYB115, deux régulateurs du métabolisme lipidique spécifiques de l’albumen de la graine (Barthole et al., 2014 ; Troncoso Ponce et al., 2016). Plus récemment, nous avons identifié un nouveau clade de facteurs de transcription de type MYB activant la biosynthèse des acides gras. La spécificité de ces régulateurs par rapport à d’autres déjà connus est qu’ils activent également la voie de biosynthèse de lipides de surface (subérine) (To et al., 2020). Nos travaux se poursuivent pour caractériser leurs cibles et comprendre ce qui les distingue les uns des autres.
En parallèle, nous étudions également les régulations post-traductionnelles susceptibles de moduler la production d’acides gras dans le plaste, en nous focalisant sur l’acétyl-CoA carboxylase. Nous avons ainsi contribué à démontrer l’importance du régulateur allostérique PII (Baud et al., 2010). Plus récemment, en collaboration avec l’Université du Missouri, nous avons également découvert une nouvelle famille de protéines transmembranaires apportant une solution a une énigme vieille de plus de 20 ans : pourquoi l’acétyl-CoA carboxylase, qui ne comporte aucun domaine transmembranaire, est-t-elle associée à l’enveloppe des plastes ? Les protéines découvertes ont non seulement un rôle d’ancrage mais régulent aussi l’activité de l’enzyme et, ce faisant, la production d’acides gras (Ye et al., 2020).
4. Fonctions biologiques des acides gras dans la graine
Les acides gras sont utilisés dans la graine pour l’élaboration de différents pools de lipides : lipides membranaires, lipides de surface (subérine, cutine), lipides de réserve (triacylglycérols). A travers des approches de génomique fonctionnelle, nous cherchons à comprendre l’importance des différentes catégories d’acides gras dans la biologie de la graine, depuis les premières étapes de son développement jusqu’à l’établissement de la jeune plantule juste après la germination.
L’importance des ∆9 stéaroyl-ACP désaturases (SADs) et de l’acide oléique (18:1 oméga-9) qu’elles produisent lors du développement végétatif était connue depuis le début des années 90. Nos travaux récents ont permis d’établir que, dans la graine, cette activité enzymatique joue plusieurs rôles cruciaux qui étaient passés jusqu’ici inaperçus à cause de la redondance fonctionnelle partielle de quatre isoformes de type SAD présentes dans cet organe. C’est la constitution et la caractérisation fine d’une collection de 30 mutants simples et multiples qui ont permis de montrer à quel point la production d’acide oléique joue non pas un mais des rôles prépondérants tout au long du développement de la graine, depuis les premières divisions cellulaires du zygote principal jusqu’au remplissage de la graine durant la phase de maturation (Kazaz et al., 2020).
Je voudrais pour terminer exprimer mon immense gratitude à tous les collaborateurs passés de l’équipe dont l’implication enthousiaste a permis de faire vivre cette thématique :
- BARTHOLE Guillaume, Master (2010) et Thèse (2010-2013)
- CHALVIN Camille, Licence (2012)
- CUZZI Delphine, Ingénieure (2009-2010)
- ETTAKI Hasna, Master (2017)
- HARSCOET Erwana, Technicienne (2008-2009)
- KAZAZ Sami, Master (2018) et Thèse (2018-2021)
- LEAN Nathalie, Master (2024)
- MARCHIVE Chloé, Post-doctorante (2011-2014)
- MIRAY Romane, Master 2020 et Thèse (2020-2023)
- MOULIN Solène, Licence (2012)
- NIKOVICS Krisztina, Post-doctorante (2013-2014)
- RATAHIRY Sarah, Master (2023)
- ROCHAT Christine, Chercheure (2001-2006)
- SCAGNELLI Aurélie, Ingénieure (2010)
- THUEUX Jean, Master (2019)
- TREMBLAIS Geoffrey, Master (2016)
- TRONCOSO PONCE Adrian, Post-doctorant (2014-2016)
- VASSELON Damien, Ingénieur (2017-2018)
- WILCH Antonia, Master (2014)
- WUILLEME Sylvie, Technicienne (2001-2006)
- YUNG William, Master (2013)
Si vous souhaitez nous rejoindre, n’hésitez pas à prendre contact !
1. Diversité des acides gras dans les graines oléagineuses
La caractérisation de la diversité chimique des acides gras stockés dans les graines oléagineuses, entreprise de longue date par de nombreux groupes à travers le monde, a révélé plus de 400 structures distinctes (Baud, 2018). L’exploration de la biodiversité demeure incomplète et se poursuit. Nous déployons une approche novatrice qui consiste à analyser séparément l’huile mise en réserve dans l’albumen et dans l’embryon. Souvent, leurs compositions diffèrent, l’albumen se révélant être un lieu de synthèse et d’accumulation d’acides gras non usuels (Miray et al., 2021). Ce projet au long cours s’appuie sur des collaborations avec de nombreux jardins botaniques à travers le monde et des partenaires détenteurs de collections de graines oléagineuses (e.g. collections de cultivars de colza, de caméline).
2. Enzymes du métabolisme des acides gras
Si les grands axes sous-tendant le métabolisme lipidique sont assez bien connus chez les plantes à graines, ce métabolisme a souvent été étudié chez des espèces modèles, en se focalisant sur les métabolites majoritaires dans leurs tissus. Le cœur de notre démarche consiste à caractériser des enzymes atypiques impliquées dans le métabolisme des acides gras non usuels. Au cours des dernières années, notre activité s’est particulièrement focalisée autour de la caractérisation de désaturases plastidiales atypiques appartenant à la famille des acyl-ACP désaturases (AADs). Par exemple, parmi les 7 isoformes d’AADs codées par le génome d’Arabidopsis thaliana, outre 4 isoformes de ∆9 stéaroyl-ACP désaturases archétypales, très conservées, et productrices d’acide oléique (18:1 oméga-9), nous avons pu mettre en évidence 2 isoformes atypiques productrices de monoinsaturés non usuels de type oméga-7 (Troncoso Ponce et al., 2016 ; Ettaki et al., 2018). Cette démarche nous permet d’identifier de nouveaux types de désaturases et d’étudier la relation entre structure et fonction chez cette classe d’enzymes exceptionnelles opérant de manière régiosélective et stéréospécifique sur des substrats (chaines carbonées saturées) pourtant dépourvus de tout ‘repère topologique’.
3. Régulations du métabolisme lipidique dans la graine
L’étude de la régulation transcriptionnelle du métabolisme lipidique dans la graine correspond à notre activité historique. Après avoir longuement étudié la famille des facteurs de transcription de type AP2 nommés WRINKLED (To et al., 2012 ; Marchive et al., 2014) et activant la voie de biosynthèse des acides gras dans différentes tissues de la plante, nous avons caractérisé MYB118 et MYB115, deux régulateurs du métabolisme lipidique spécifiques de l’albumen de la graine (Barthole et al., 2014 ; Troncoso Ponce et al., 2016). Plus récemment, nous avons identifié un nouveau clade de facteurs de transcription de type MYB activant la biosynthèse des acides gras. La spécificité de ces régulateurs par rapport à d’autres déjà connus est qu’ils activent également la voie de biosynthèse de lipides de surface (subérine) (To et al., 2020). Nos travaux se poursuivent pour caractériser leurs cibles et comprendre ce qui les distingue les uns des autres.
En parallèle, nous étudions également les régulations post-traductionnelles susceptibles de moduler la production d’acides gras dans le plaste, en nous focalisant sur l’acétyl-CoA carboxylase. Nous avons ainsi contribué à démontrer l’importance du régulateur allostérique PII (Baud et al., 2010). Plus récemment, en collaboration avec l’Université du Missouri, nous avons également découvert une nouvelle famille de protéines transmembranaires apportant une solution a une énigme vieille de plus de 20 ans : pourquoi l’acétyl-CoA carboxylase, qui ne comporte aucun domaine transmembranaire, est-t-elle associée à l’enveloppe des plastes ? Les protéines découvertes ont non seulement un rôle d’ancrage mais régulent aussi l’activité de l’enzyme et, ce faisant, la production d’acides gras (Ye et al., 2020).
4. Fonctions biologiques des acides gras dans la graine
Les acides gras sont utilisés dans la graine pour l’élaboration de différents pools de lipides : lipides membranaires, lipides de surface (subérine, cutine), lipides de réserve (triacylglycérols). A travers des approches de génomique fonctionnelle, nous cherchons à comprendre l’importance des différentes catégories d’acides gras dans la biologie de la graine, depuis les premières étapes de son développement jusqu’à l’établissement de la jeune plantule juste après la germination.
L’importance des ∆9 stéaroyl-ACP désaturases (SADs) et de l’acide oléique (18:1 oméga-9) qu’elles produisent lors du développement végétatif était connue depuis le début des années 90. Nos travaux récents ont permis d’établir que, dans la graine, cette activité enzymatique joue plusieurs rôles cruciaux qui étaient passés jusqu’ici inaperçus à cause de la redondance fonctionnelle partielle de quatre isoformes de type SAD présentes dans cet organe. C’est la constitution et la caractérisation fine d’une collection de 30 mutants simples et multiples qui ont permis de montrer à quel point la production d’acide oléique joue non pas un mais des rôles prépondérants tout au long du développement de la graine, depuis les premières divisions cellulaires du zygote principal jusqu’au remplissage de la graine durant la phase de maturation (Kazaz et al., 2020).
Je voudrais pour terminer exprimer mon immense gratitude à tous les collaborateurs passés de l’équipe dont l’implication enthousiaste a permis de faire vivre cette thématique :
- BARTHOLE Guillaume, Master (2010) et Thèse (2010-2013)
- CHALVIN Camille, Licence (2012)
- CUZZI Delphine, Ingénieure (2009-2010)
- ETTAKI Hasna, Master (2017)
- HARSCOET Erwana, Technicienne (2008-2009)
- KAZAZ Sami, Master (2018) et Thèse (2018-2021)
- LEAN Nathalie, Master (2024)
- MARCHIVE Chloé, Post-doctorante (2011-2014)
- MIRAY Romane, Master 2020 et Thèse (2020-2023)
- MOULIN Solène, Licence (2012)
- NIKOVICS Krisztina, Post-doctorante (2013-2014)
- RATAHIRY Sarah, Master (2023)
- ROCHAT Christine, Chercheure (2001-2006)
- SCAGNELLI Aurélie, Ingénieure (2010)
- THUEUX Jean, Master (2019)
- TREMBLAIS Geoffrey, Master (2016)
- TRONCOSO PONCE Adrian, Post-doctorant (2014-2016)
- VASSELON Damien, Ingénieur (2017-2018)
- WILCH Antonia, Master (2014)
- WUILLEME Sylvie, Technicienne (2001-2006)
- YUNG William, Master (2013)
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