Découverte d'un gène clé pour un alcaloïde toxique chez l'orge
Des chercheurs ont jeté les bases de l'amélioration de l'orge
L'orge est l'une des cultures céréalières les plus importantes à l'échelle mondiale. De nombreux cultivars d'orge produisent un alcaloïde toxique appelé gramine qui affecte l'aptitude de l'orge à servir de fourrage, mais qui contribue également à protéger l'orge contre les agents pathogènes. Jusqu'à présent, le potentiel de manipulation des niveaux de gramine n'a pas été exploité pour la sélection végétale, car la base génétique de la production de gramine n'a pas été élucidée. Des groupes de recherche de l'Institut IPK Leibniz et de l'Université Leibniz de Hanovre viennent de dévoiler la voie de biosynthèse complète de la gramine et de démontrer comment la biosynthèse de la gramine peut être introduite dans des organismes modèles ou supprimée de l'orge. Les résultats ont été publiés dans la revue "Science".
Toutes les plantes transmettent leurs interactions avec l'environnement par le biais de signaux chimiques. L'alcaloïde gramine produit par l'orge, l'une des céréales les plus cultivées au monde, en est un exemple. La gramine offre une protection contre les insectes herbivores et les animaux de pâturage et inhibe la croissance d'autres plantes. Malgré un intérêt de longue date, le gène clé de la formation de la gramine restait insaisissable.
Les chercheurs ont découvert un groupe de deux gènes dans l'orge pour la biosynthèse de la gramine. Le premier gène (HvNMT) avait déjà été découvert il y a 18 ans. Dans leur étude, les chercheurs de l'IPK et de l'Université Leibniz de Hanovre ont maintenant identifié un deuxième gène (AMI synthase, HvAMIS) et ont découvert que les deux gènes sont situés à proximité l'un de l'autre sur le même chromosome. Grâce à cette découverte, la voie de biosynthèse de la gramine est désormais entièrement élucidée.
"Nous avons découvert qu'AMIS est une enzyme oxydase qui effectue un réarrangement oxydatif cryptique inhabituel du tryptophane, ce qui nous a permis de revoir la proposition de biosynthèse des années 1960", explique le Dr John D'Auria, chef du groupe de recherche "Metabolic Diversity" de l'IPK. Jakob Franke, chef du groupe "Biochimie des métabolites spécialisés des plantes" à l'université Leibniz de Hanovre, ajoute : "Nous avons été très surpris par le mécanisme enzymatique inconnu jusqu'à présent par lequel la gramine est formée. En même temps, nous avons maintenant la possibilité de produire des alcaloïdes biologiquement actifs avec des méthodes biotechnologiques durables."
L'équipe de recherche a pu produire de la gramine dans la levure et dans des plantes modèles (Nicotiana benthamiana, Arabidopsis). "Contrairement à de nombreux autres métabolites protecteurs des plantes, la production de gramine ne nécessite que deux gènes. Par conséquent, l'utilisation de nos résultats pour des applications pratiques est relativement simple", souligne Ling Chuang de l'Université Leibniz de Hanovre, l'un des premiers auteurs. "En outre, le génie génétique de l'orge nous a permis de produire de la gramine dans une variété d'orge non productrice de gramine et d'éliminer la production de gramine dans une variété d'orge productrice de gramine par édition du génome", explique l'autre premier auteur, Sara Leite Dias, chercheuse internationale financée par l'école de recherche Max Planck à l'IPK.
"Ces résultats jettent les bases de la production de gramine dans des organismes qui n'ont pas la capacité native de la synthétiser à des fins telles qu'un agent naturel de protection des plantes, ou pour éliminer la gramine de l'orge et d'autres graminées afin de réduire la toxicité pour les ruminants", déclare le Dr John D'Auria. "Nos résultats ouvrent la voie à l'amélioration de l'orge afin d'accroître sa résistance aux ravageurs, de réduire sa toxicité pour les ruminants et de contribuer à une gestion durable des mauvaises herbes".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Sara Leite Dias, Ling Chuang, Shenyu Liu, Benedikt Seligmann, Fabian L. Brendel, Benjamin G. Chavez, Robert E. Hoffie, Iris Hoffie, Jochen Kumlehn, Arne Bültemeier, Johanna Wolf, Marco Herde, Claus-Peter Witte, John C. D’Auria, Jakob Franke; "Biosynthesis of the allelopathic alkaloid gramine in barley by a cryptic oxidative rearrangement"; Science, Volume 383
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