Cameline, une ancienne espece oléagineuse et un modèle de recherche translationnelle
Le groupe DIPOL a développé plusieurs projets de recherche en recherche translationnelle pour développer un nouveau modèle de culture des oléagineux dans le cadre d'une agriculture plus durable. Camelina sativa est une ancienne espèce oléagineuse européenne présentant un profil en huile riche en acide gras polyinsaturés cultivées et pouvant être cultivées dans des conditions très variées du fait de son importante tolerance aux stress abiotique et biotique.
Concevoir de nouveaux profils d'huile chez Camelina : de l'ingénierie métabolique à l'évaluation au champ. L'impact de la réduction des acides gras polyinsaturés sur le développement des plantes et la réponse au stress est un champ de recherche d'intérêt dans le cadre du changement climatique. Des approches de biologie synthétique sont également en cours pour canaliser des acides gras spécifiques dans l'huile. Il s'agit de stratégies innovantes combinant l'amélioration du métabolisme par multiplex CRISPR et l'assemblage enzymatique synthétique. De nouvelles combinaisons d'enzymes et de mutants sont maintenant testées pour obtenir une large gamme de profils d'huile. L'objectif principal est de produire des plantes de caméline avec des profils d'acides gras pour de nouveaux usages avec des lipides adaptés.
Concevoir des Camélines à floraison précoce. Le court cycle de vie de la caméline ouvre des possibilités particulièrement intéressantes de double culture qui auraient des avantages agro-écologiques positifs : par exemple réduire l'érosion des sols; augmenter l'agrobiodiversité. La combinaison d'approches de sélection traditionnelle et de mutagenèse par CRISPR a permis d'identifier plusieurs nouvelles lignées de caméline à floraison précoce sont en cours d’évaluation dans diverses conditions de culture (Bellec et al. 2022).
Comprendre la resistance au stress hydrique de la cameline. Ce projet est mené dans le cadre d’un consortium européen UNTWIST qui a pour objectif de caractériser les mécanismes de tolérance à la sécheresse en utilisant la diversité génétique observés chez la cameline ainsi que des approches de multi-omiques dans des conditions de culture controllées comme en plein champ. Le projet a pour objectif des développer des modèles prédictifs et des biomarqueurs associés à cette tolérance. Notre équipe contribue aussi à augmenter cette diversité génétique en développant de nouvelles lignées recombinantes qui permettront de valider les modèles.
Régulation du métabolisme lipidique localisé au niveau du réticulum endoplasmique et tolérance au stress
Chez les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique (RE) est le siège de la synthèse, du repliement et de la maturation de la majorité des protéines sécrétées, qu’elles soient solubles ou membranaires ; ce qui représente près d’un tiers des protéines de la cellule. C’est également au niveau de cet organite qu’ont lieu la synthèse et la modification de plusieurs familles de lipides, telles que les acides gras à très longues chaînes, les phospholipides, les sphingolipides ou encore les triglycérides constitutifs des huiles. Dans les cellules végétales, la coordination de ces deux types de métabolisme (lipidique et protéique) garantit l’homéostasie du RE. Dans ce contexte, nous nous intéressons à l’impact des stress biotiques et abiotiques sur les régulations de la biosynthèse des protéines et des lipides du RE et cherchons à les comprendre en utilisant le modèle Arabidopsis thaliana. Inversement, nous utilisons des mutants qui présentent une perte d’homéostasie protéique ou lipidique pour appréhender le rôle de ces changements métaboliques dans la tolérance aux stress.
Ingénierie de la gouttelette lipidique
Depuis 20 ans, la recherche sur les gouttelettes lipidiques (GL) est en plein essor. En effet, le dysfonctionnement de ces organites cellulaires est associé à des maladies comme le diabète, certaines myopathies, la stéatose hépatique ou certaines infections virales. De plus, les lipides contenus dans les GL sont des molécules importantes pour le secteur alimentaire (huiles végétales), la chimie verte (biodiesel) et l’industrie cosmétique (savons, crèmes contenant des huiles végétales). Ces GL, composées majoritairement de lipides, contiennent également des protéines à leur surface. Certains points clefs du processus de biogenèse des GL restent mal connus dont (1) les mécanismes de géolocalisation et d'assemblage des sites de formation des GL au sein de RE et (2) Les changements structuraux et les domaines protéiques permettant le passage des protéines de la bicouche membranaire du RE vers la monocouche de phospholipides des GL.
L'équipe, en collaboration avec la société Core Biogenesis développe des GL de cameline fonctionnalisées pour de la production de protéines et de la vectorisation. En effet, l'utilisation des GL de graine pour la production de protéines recombinantes ou pour de la vectorisation est illustrée dans la littérature scientifique ou au travers de brevets. La production de protéines recombinantes associés aux GL de graine présente de nombreux avantages dont (1) l'absence de pathogènes et de molécules d'origine animale ou bactérienne dans les échantillons, (2) la graine comme système de stockage naturel à faible coût (dessiccation naturelle, protection contre l'oxydation, pas de chaîne du froid, etc) (3) l'obtention de fractions végétales pour de la vectorisation transcutanée ou par voie orale. L'association des protéines recombinantes à la surface des GL permet une purification des produits d'intérêt par extraction aqueuse et flottaison, plus respectueuse de l'environnement et des produits d'intérêt que certaines technologies conventionnelles de production de protéines utilisant des produits dénaturants, des détergents, des solvants ou une étape de chauffage. Cette technologie nécessite d'obtenir in planta une bonne association des protéines avec les GL. Pour cela, une connaissance pointue et une maîtrise des mécanismes cellulaires d'adressage et d'association à la surface des GL est nécessaire.
Le groupe DIPOL a développé plusieurs projets de recherche en recherche translationnelle pour développer un nouveau modèle de culture des oléagineux dans le cadre d'une agriculture plus durable. Camelina sativa est une ancienne espèce oléagineuse européenne présentant un profil en huile riche en acide gras polyinsaturés cultivées et pouvant être cultivées dans des conditions très variées du fait de son importante tolerance aux stress abiotique et biotique.
Concevoir de nouveaux profils d'huile chez Camelina : de l'ingénierie métabolique à l'évaluation au champ. L'impact de la réduction des acides gras polyinsaturés sur le développement des plantes et la réponse au stress est un champ de recherche d'intérêt dans le cadre du changement climatique. Des approches de biologie synthétique sont également en cours pour canaliser des acides gras spécifiques dans l'huile. Il s'agit de stratégies innovantes combinant l'amélioration du métabolisme par multiplex CRISPR et l'assemblage enzymatique synthétique. De nouvelles combinaisons d'enzymes et de mutants sont maintenant testées pour obtenir une large gamme de profils d'huile. L'objectif principal est de produire des plantes de caméline avec des profils d'acides gras pour de nouveaux usages avec des lipides adaptés.
Concevoir des Camélines à floraison précoce. Le court cycle de vie de la caméline ouvre des possibilités particulièrement intéressantes de double culture qui auraient des avantages agro-écologiques positifs : par exemple réduire l'érosion des sols; augmenter l'agrobiodiversité. La combinaison d'approches de sélection traditionnelle et de mutagenèse par CRISPR a permis d'identifier plusieurs nouvelles lignées de caméline à floraison précoce sont en cours d’évaluation dans diverses conditions de culture (Bellec et al. 2022).
Comprendre la resistance au stress hydrique de la cameline. Ce projet est mené dans le cadre d’un consortium européen UNTWIST qui a pour objectif de caractériser les mécanismes de tolérance à la sécheresse en utilisant la diversité génétique observés chez la cameline ainsi que des approches de multi-omiques dans des conditions de culture controllées comme en plein champ. Le projet a pour objectif des développer des modèles prédictifs et des biomarqueurs associés à cette tolérance. Notre équipe contribue aussi à augmenter cette diversité génétique en développant de nouvelles lignées recombinantes qui permettront de valider les modèles.
Régulation du métabolisme lipidique localisé au niveau du réticulum endoplasmique et tolérance au stress
Chez les cellules eucaryotes, le réticulum endoplasmique (RE) est le siège de la synthèse, du repliement et de la maturation de la majorité des protéines sécrétées, qu’elles soient solubles ou membranaires ; ce qui représente près d’un tiers des protéines de la cellule. C’est également au niveau de cet organite qu’ont lieu la synthèse et la modification de plusieurs familles de lipides, telles que les acides gras à très longues chaînes, les phospholipides, les sphingolipides ou encore les triglycérides constitutifs des huiles. Dans les cellules végétales, la coordination de ces deux types de métabolisme (lipidique et protéique) garantit l’homéostasie du RE. Dans ce contexte, nous nous intéressons à l’impact des stress biotiques et abiotiques sur les régulations de la biosynthèse des protéines et des lipides du RE et cherchons à les comprendre en utilisant le modèle Arabidopsis thaliana. Inversement, nous utilisons des mutants qui présentent une perte d’homéostasie protéique ou lipidique pour appréhender le rôle de ces changements métaboliques dans la tolérance aux stress.
Ingénierie de la gouttelette lipidique
Depuis 20 ans, la recherche sur les gouttelettes lipidiques (GL) est en plein essor. En effet, le dysfonctionnement de ces organites cellulaires est associé à des maladies comme le diabète, certaines myopathies, la stéatose hépatique ou certaines infections virales. De plus, les lipides contenus dans les GL sont des molécules importantes pour le secteur alimentaire (huiles végétales), la chimie verte (biodiesel) et l’industrie cosmétique (savons, crèmes contenant des huiles végétales). Ces GL, composées majoritairement de lipides, contiennent également des protéines à leur surface. Certains points clefs du processus de biogenèse des GL restent mal connus dont (1) les mécanismes de géolocalisation et d'assemblage des sites de formation des GL au sein de RE et (2) Les changements structuraux et les domaines protéiques permettant le passage des protéines de la bicouche membranaire du RE vers la monocouche de phospholipides des GL.
L'équipe, en collaboration avec la société Core Biogenesis développe des GL de cameline fonctionnalisées pour de la production de protéines et de la vectorisation. En effet, l'utilisation des GL de graine pour la production de protéines recombinantes ou pour de la vectorisation est illustrée dans la littérature scientifique ou au travers de brevets. La production de protéines recombinantes associés aux GL de graine présente de nombreux avantages dont (1) l'absence de pathogènes et de molécules d'origine animale ou bactérienne dans les échantillons, (2) la graine comme système de stockage naturel à faible coût (dessiccation naturelle, protection contre l'oxydation, pas de chaîne du froid, etc) (3) l'obtention de fractions végétales pour de la vectorisation transcutanée ou par voie orale. L'association des protéines recombinantes à la surface des GL permet une purification des produits d'intérêt par extraction aqueuse et flottaison, plus respectueuse de l'environnement et des produits d'intérêt que certaines technologies conventionnelles de production de protéines utilisant des produits dénaturants, des détergents, des solvants ou une étape de chauffage. Cette technologie nécessite d'obtenir in planta une bonne association des protéines avec les GL. Pour cela, une connaissance pointue et une maîtrise des mécanismes cellulaires d'adressage et d'association à la surface des GL est nécessaire.
Responsable :
Jean-Denis Faure