Origine et évolution de la biosynthèse du géraniol dans les pétales de rose

Origin and evolution of geraniol biosynthesis in rose petals

• Auteur / Autrice : Corentin Conart
• Direction : Jean-Claude Caissard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et physiologie végétale
• Date : Soutenance le 08/11/2022
• Etablissement(s) : Saint-Etienne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biotechnologies végétales appliquées aux plantes aromatiques et médicinales (Saint-Etienne ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Hugueney
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rita Rebollo Figueiredo Da Silva, Sylvie Baudino, Benoît Boachon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Gaquerel, Nathalie Guivarc'h

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terpènes

Plantes -- Évolution

Biosynthèse

Rosiers

Roses

Mots clés libres

Rose

Géraniol

Biosynthèse

Évolution

Substrats

Rose

Geraniol

Biosynthesis

Evolution

Substrates

Résumé

La fleur de rose (Rosa sp) émet de nombreux COV appartenant à des familles chimiques d’origines variées telles que des phenylpropanoids, des dérivés d’acides gras ou des terpènes. Parmi les terpènes produits et émis, le géraniol est un composé majoritaire chez les roses modernes caractérisées avec un parfum fort. Contrairement aux autres plantes qui utilisent des terpènes synthases pour produire le géraniol, il a été découvert qu’une NUDX1 était impliquée dans la biosynthèse du géraniol en déphosphorylant le geranyl diphosphate (GPP) en geranyl monophosphate. L’objectif de cette thèse était de mieux comprendre l’implication des NUDX1 dans la biosynthèse des terpènes et tenter de retracer une histoire évolutive concernant l’apparition de cette voie de biosynthèse cytosolique ayant abouti à la production de COV chez la rose. Pour ce faire, un inventaire des NUDX1 présent dans les génomes de référence publiés a été réalisé et a permis d’identifier et de caractériser une autre NUDX1 de rose impliquée dans la biosynthèse de (E,E)-farnesol. Grâce à un échantillonnage de roses sauvages il a également été possible de retracer une partie de l’histoire évolutive de NUDX1-1a, la copie de NUDX1 de rose exprimée dans les pétales responsable de la première étape de biosynthèse du géraniol. Enfin, avec la découverte de l’origine de NUDX1-1a dans le genre rosa, la question concernant l’origine du GPP cytosolique a été abordée afin d’identifier le gène responsable. Il a été également possible de retracer l’origine chez les Rosaceae de cette fonction afin de compléter la connaissance des différents évènements ayant permis l’apparition d’une voie de biosynthèse de terpènes non canonique chez la rose.

Rose flower (Rosa sp) emits many volatile organic compounds (VOCs) belonging to chemical families of various origins such as phenylpropanoids, fatty acid derivatives or terpenes. Among the terpenes produced and emitted, geraniol is a major compound in modern roses characterized with a strongfragrance. Unlike other plants that use terpene synthases to produce geraniol, a Nudix hydrolase (NUDX1) was found to be involved in geraniol biosynthesis by dephosphorylating geranyl diphosphate (GPP) to geranyl monophosphate (Magnard et al. 2015). The objective of this thesis was to better understand the involvement of NUDX1 in the biosynthesis of terpenes and to attempt to trace an evolutionary history concerning the appearance of this cytosolic biosynthetic pathway that led to the production of VOCs in roses. To do this, an inventory of NUDX1 present in the published reference genomes was carried out and made it possible to identify and characterize another rose NUDX1 involved in the biosynthesis of (E,E)-farnesol. Thanks to a sampling of wild roses it was also possible to trace part of the evolutionary history of NUDX1-1a, the copy of rose NUDX1 expressed in the petals responsible for the first step of geraniol biosynthesis. Finally, with the discovery of the origin of NUDX1-1a in the genus rosa, the question regarding the origin of cytosolic GPP was addressed in order to identify the responsible gene. It was also possible to trace the origin in the Rosaceae of this function in order to complete the knowledge of the different events that allowed the appearance of a non-canonical terpene biosynthetic pathway in the rose.