CARACTÉRISATION DU MÉTABOLISME ET DES RÔLES DES ESTERS D'ACIDE CAFÉIQUE CHEZ LA CHICORÉE

CHARACTERIZATION OF THE METABOLISM AND ROLES OF CAFFEIC ACID ESTERS IN CHICORY

• Auteur / Autrice : Antoine Mallavergne
• Direction : Jean-Louis Hilbert, David Gagneul
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologies agroalimentaires, sciences de l'aliment, physiologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR Transfrontalière BioEcoAgro
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Metabolites secondaires d.origine végétale

Mots clés

Mots clés libres

Métabolites spécialisés

Composés phénoliques

Chicorée

Génomique fonctionnelle

Production de protéine

Specialized metabolites

Phenolic compounds

Chicory

Functional genomics

Protein production

Résumé

Il est aujourd'hui admis que les métabolites spécialisés, autrefois injustement qualifiés de métabolites secondaires par opposition aux métabolites primaires, participent largement aux interactions des plantes avec leur environnement. Ces composés représentent également une ressource inestimable pour l'homme. Ils sont utilisés en tant qu'actifs biologiques (principes actifs de médicaments et de cosmétique, antioxydants, insecticides, répulsifs…), en tant qu'actifs fonctionnels (arômes, colorants, parfums…) et en tant que molécules de base pour la synthèse chimique (synthèse asymétrique de molécules chirales en particulier). La valorisation optimale de ces composés repose sur la capacité à les produire en quantité suffisante. Ceci nécessite la caractérisation fine de tous les déterminants moléculaires à l'origine de leur biosynthèse que ce soit en vue de l'entreprise de démarche de sélection variétale ou d'établissement de systèmes de bioproduction en système hétérologue. La chicorée industrielle, une espèce emblématique de la région Hauts-de-France, produit et accumule de l'acide chlorogénique (acide monocaféoyl quinique) ainsi que 3 autres composés phénoliques proches sur le plan structural : les acides isochlorogénique (acide dicaféoyl quinique), caftarique (acide monocaféoyl tartrique) et chicorique (acide dicaféoyl tartrique). Les propriétés biologiques de ces molécules sont nombreuses. Seule la voie de biosynthèse de l'acide chlorogénique a été décrite chez la chicorée (Legrand et al., 2016). Les voies de biosynthèse des 3 autres composés sont inconnues. La description fine de ces voies permettra d'une part, d'envisager la bioproduction de ces molécules d'intérêt en système hétérologue et d'autre part, de décrire leurs rôles physiologiques chez les plantes. Ceci constitue les objectifs de cette thèse. Nous avons récemment caractérisé un gène, IbICS, chez la patate douce (Ipomoea batatas) qui code une protéine responsable de synthèse d'acide isochlorogénique (Miguel et al., 2020). L'apparition de cette voie métabolique chez différentes espèces de plantes, parfois éloignées sur le plan phylogénétique, peut être le résultat soit d'une évolution convergente, soit de la présence de gènes homologues. Le deuxième mécanisme évolutif est privilégié. Trois gènes homologues ont été identifiés chez la chicorée : CiGDSL1, CiGDSL2 et CiGDSL3. Ces 3 gènes seront caractérisés par des approches de génomique fonctionnelle afin d'en déterminer les rôles biochimique et physiologique. Par ailleurs, l'indentification des gènes responsables de la synthèse des 2 autres acides sera également entreprise.

It is currently accepted that specialized metabolites, historically known as secondary metabolites as opposed to primary metabolites, contribute widely to plant interaction with its environment. These compounds also represent a huge reservoir for human uses. They are used as bioactive ingredients (drugs, cosmetics, antioxidants, insecticides, deterrents...) and as functional ingredients (aroma, dies, fragrance...) and as precursors to feed the chemical industry (particularly the synthesis of complex molecules). Optimal valorization of these molecules relies on the capability to produce them in sufficient quantities for evaluation in bioactivity assays. To reach this goal, full characterization of their biosynthetic pathways is required. This will also assist breeding programs. Industrial chicory, an emblematic species of the région Hauts-de-France, produces and accumulates chlorogenic acid (monocaffeoyl quinic acid) as well as 3 other structurally related phenolic compounds: isochlorogenic acid (dicaffeoyl quinic acid), caftaric acid (monocaffeoyl tartric acid) and chicoric acid (dicaffeoyl tartric acid). The biological properties of these molecules are multiple. Only the chlorogenic acid biosynthetic pathway has been described in chicory (Legrand et al., 2016). The biosynthetic pathways of the 3 other compounds are unknown. A detailed description of these pathways will allow the bioproduction of these molecules of interest in heterologous systems and to describe their physiological roles in plants. This is the objective of this thesis. We have recently characterized a gene, IbICS, in sweet potato (Ipomoea batatas) that encodes a protein responsible for isochlorogenic acid synthesis (Miguel et al., 2020). The appearance of this metabolic pathway in different plant species, sometimes phylogenetically distant, may be the result of either convergent evolution or the presence of homologous genes. We hypothesized that the second evolutionary mechanism is involved. Three homologous genes have been identified in chicory: CiGDSL1, CiGDSL2 and CiGDSL3. These three genes will be characterized by functional genomics approaches in order to determine their biochemical and physiological roles. Furthermore, the identification of the genes responsible for the synthesis of the 2 other acids will also be undertaken.