Contribution à la caractérisation du métabolisme des phénolamides chez la chicorée : approches biotechnologiques et édition ciblée du génome

Contribution to the characterisation of phenolamide metabolism in chicory : biotechnological approaches and targeted genome editing

• Auteur / Autrice : Guillaume Bernard
• Direction : Caroline Rambaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des fonctions biologiques
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Viollette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ciblage d'un gène

Transformation génétique

Polyphénols végétaux

Acyltransférases

Agrobacterium rhizogenes

Amélioration génétique

Chicorée sauvage

Mots clés libres

Phénolamides

Résumé

Cichorium intybus, communément nommée chicorée est une plante qui fut, dans un premier temps, consommée pour ses vertus thérapeutiques, puis sa culture s’est peu à peu industrialisée pour la production de substitut du café et la production d’inuline. Chez la chicorée, par une approche de génétique inverse, 2 gènes nommées CiSHT1 et CiSHT2, proches des Spermidine hydroxycinnamoyl transférases (SHTs), ont été identifiés et semblent impliqués dans la voie de biosynthèse de la tetracoumaroyl spermine au niveau du tapetum des anthères de chicorée. L’expression de ces deux gènes et l’accumulation de tetrahydroxycinnamoyl spermine semblent spécifiques des plantes appartenant à la famille des Astéracées, mais le rôle de ces molécules est encore inexpliqué. Dans le but de valider la fonction de ces deux gènes, la technologie d’édition du génome : CRISPR/Cas 9 a été mise en place chez la chicorée. La validation de cette technologie a été réalisée grâce à la mutation de la phytoène désaturase (CiPDS) via deux techniques de transformation, la transformation stable par A. rhizogenes et la transformation transitoire de protoplastes médiée par le polyéthylène glycol. La transformation stable médiée par A. rhizogenes étant plus efficace et la régénération de plantes plus rapide, elle a été utilisée pour générer des plantes mutantes sht1 et sht2. L’étude de ces mutants a permis de valider l’implication de ces deux gènes dans la production de tetracoumaroyl spermine chez la chicorée et de montrer l’action combinée et séquentielle des deux enzymes. La production de cette molécule en systèmes homologue et hétérologues ainsi qu’une étude plus approfondie des mutants permettra peut-être de faciliter la compréhension de l’accumulation originale de cette molécule au niveau du grain de pollen, ainsi que de la valoriser à des fins thérapeutiques. De plus, la mise en place et la maitrise de la technologie CRISPR/Cas 9 chez la chicorée permettra d’étudier et d’améliorer rapidement de nombreux caractères chez cette plante cultivée.

Cichorium intybus, commonly known as chicory, is a plant that was first consumed for its therapeutic properties, then its cultivation was gradually industrialized for the production of coffee substitute and inulin production. In chicory, by an inverted genetic approach, 2 genes named CiSHT1 and CiSHT2, closed to the Spermidine hydroxycinnamoyl transferases (SHTs), have been highlighted and seem to be involved in the biosynthesis pathway of tetracoumaroyl spermine in the chicory anther tapetum. The expression of these two genes and the accumulation of tetrahydroxycinnamoyl spermine appear to be specific to plants belonging to the Asteraceae family, but the role of these molecules is still unexplained. In order to validate the function of these two genes, genome editing technology: CRISPR/Cas9 was implemented in chicory. Validation of this technology was achieved through the edition of the phytoene desaturase gene (CiPDS), using Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation and protoplast transfection methods. The Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation being more effective and plant regeneration faster, it has been used to generate sht1 and sht2 mutant plants. The involvement of these two genes in the production of tetracoumaroyl spermine in chicory has been validated by the study of the mutant plants and has shown the combinate and sequentially action of these two enzymes. The production of this molecule in homologous and heterologous systems and further study of the mutants may facilitate the understanding of the original accumulation of these molecules in pollen grains, as well as its value for industrial applications. In addition, the implementation and the mastery of CRISPR/Cas 9 technology in chicory will allow to study and to quickly improve many traits in this cultivated plant.