Evolution de la famille CYP98 de cytochromes P450 et de sa fonction chez les plantes terrestres

Phenolic 3-hydroxylases in land plants : biochemical diversity and molecular evolution

• Auteur / Autrice : Annette Veronika Alber
• Direction : Danièle Reichhart, Jürgen Ehlting
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 21/10/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg en cotutelle avec Victoria university (Toronto, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie moléculaire des plantes (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Hugueney
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Danièle Reichhart, Jürgen Ehlting, Philippe Hugueney, C. Peter Constabel, Alain Hehn, Alisdair Boraston, Reinhard Jetter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : C. Peter Constabel, Alain Hehn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dérivés

Coumarines

Phénotype

Mutation chez les plantes

Cytochrome P450

Mots clés libres

Produits naturels

CYP98

Phénylpropanoïde

Esters phénoliques

Lignine

Plantes terrestres

Coumaroyl-thréonate

Coumaroyl-anthranilate

Coumaroyl-shikimate

Acide chlorogénique

Natural products

CYP98

Phenylpropanoids

Phenolic esters

Lignin

Land plants

Coumaroyl-threonate

Coumaroyl-anthranilate

Coumaroyl-shikimate

Chlorogenic acid

Résumé

Les plantes produisent une grande variété de produits naturels pour faire face aux conditions environnementales. Les enzymes de la famille CYP98 des cytochromes P450 sont des enzymes clés dans la production des composés dérivés de la voie des phénylpropanoïdes. Ces enzymes sont impliquées dans l'hydroxylation des esters phénoliques pour la biosynthèse des monolignols chez les angiospermes, mais elles sont également impliquées dans la production de divers autres composés phénoliques solubles. Nous avons caractérisé des CYP98 représentatifs des mousses, Lycopodes, fougères, Gymnospermes, Angiospermes basales, Monocotylédones et Eudicotylédones et démontré que leur préférence de substrat a changé au cours de l'évolution. Un mutant knock-out de CYP98 de mousse a révélé un phénotype sévère et que le p-coumaroyl-thréonate est substrat de l’enzyme in vivo. Une duplication des CYP98s ne peut être observée que dans le génome des Angiospermes, qui présentent généralement une isoforme potentiellement impliquée dans la biosynthèse de la lignine et autres isoformes, résultant de duplications indépendantes, dont le spectre de substrats est plus large in vitro.

Plants produce a rich variety of natural products to face environmental constraints. Enzymes of the cytochrome P450 CYP98 family are key actors in the production of phenolic bioactive compounds. They hydroxylate phenolic esters for lignin biosynthesis in angiosperms, but also produce various other bioactive phenolics. We characterized CYP98s from a moss, a lycopod, a fern, a conifer, a basal angiosperm, a monocot and from two eudicots. We found that substrate preference of the enzymes has changed during evolution of land plants with typical lignin-related activities only appearing in angiosperms, suggesting that ferns, similar to lycopods, produce lignin through an alternative route. A moss CYP98 knock-out mutant revealed coumaroyl-threonate as CYP98 substrate in vivo and showed a severe phenotype. Multiple CYP98s per species exist only in the angiosperms, where we generally found one isoform presumably involved in the biosynthesis of monolignols, and additional isoforms, resulting from independent duplications, with a broad range of functions in vitro.