Régulation de la voie par de petites molécules. La régulation transcriptionnelle d'une voie de biosynthèse simplifiée pourrait être déclenchée par les métabolites produits par la voie (flèches rouges), agissant en parallèle avec l'inhibition allostérique des enzymes biosynthétiques (courbes bleues). La régulation transcriptionnelle peut être positive ou négative. Abréviations : Pol II, ARN polymérase II ; TF, facteur de transcription. Figure créée avec BioRender.com. Crédit: Tendances en science végétale (2023). DOI : 10.1016/j.tplants.2023.07.012
Les plantes ont développé des réseaux métaboliques diaboliquement compliqués. Pendant des années, les scientifiques se sont concentrés sur la façon dont les plantes fabriquent des métabolites secondaires, les composés que les plantes produisent pour améliorer leurs mécanismes de défense et de survie.
“Ce n'est que récemment que nous avons commencé à comprendre que les gènes impliqués dans la fabrication de ces métabolites secondaires spécialisés sont régulés”, a déclaré Ying Li, professeur agrégé d'horticulture et d'architecture paysagère à l'Université Purdue. “Ils sont activés lorsque les plantes ont besoin de fabriquer des métabolites secondaires. Et ils sont désactivés lorsque les plantes n'en ont plus besoin.”
Natalia Dudareva de Purdue, professeur distingué de biochimie, d'horticulture et d'architecture paysagère, a déclaré : « En outre, les métabolites secondaires sont souvent toxiques pour les cellules lorsqu'ils s'accumulent à des niveaux élevés, comme nous l'avons vu lorsque nous avons manipulé la résistance des barrières que les métabolites secondaires volatils doivent ” “
Dans un numéro spécial de la revue, Tendances en science végétale, Li et Dudavera soulignent l'importance des métabolites spécialisés dans la régulation des gènes utilisés par les plantes pour former des composés chimiques. Dudareva dirige et Li est membre du Centre de biologie végétale de Purdue, qui vise à fournir une compréhension plus claire des processus qui affectent la biologie végétale.
“Nous avons vu des indices initiaux selon lesquels les métabolites secondaires eux-mêmes peuvent être le signal pour dire : 'OK, maintenant nous devons activer et désactiver ces gènes'”, a déclaré Li. “Et nous ne savons presque rien de la façon dont les métabolites sont détectés par les plantes et conduisent ensuite à l'activation et à la désactivation des gènes.”
Trier les complexités du métabolisme secondaire présente des défis car le processus est très spécifique à chaque lignée végétale. Parfois, seules des cellules spécifiques produisent des métabolites secondaires à un moment donné pour un type de plante donné. Les plantes produisent souvent des métabolites en petites quantités, ce qui les rend difficiles à détecter.
Les chercheurs doivent également analyser comment les métabolites interagissent avec les protéines. “Cela vous permet de dire quelle protéine peut détecter et se lier à ces métabolites”, a déclaré Li. La régulation des gènes est également impliquée. “Vous devez être capable d'analyser l'expression des gènes. Et cela est rendu possible par la boîte à outils de séquençage de nouvelle génération.”
Même si une plante spécifique fabrique ses propres métabolites, “le séquençage du gène suivant au cours des 20 dernières années nous permet d'examiner l'activité du génome de n'importe quelle plante”, a-t-elle déclaré.
Comme de nombreux phytologues, Li a concentré une grande partie de ses recherches sur le métabolisme primaire, en particulier le métabolisme de l’azote, dont dépendent les plantes pour leur croissance. Le niveau de spécialisation en métabolisme secondaire l’a surprise. Malgré les différences entre le métabolisme primaire et secondaire, ils semblent suivre des règles similaires au niveau moléculaire, a-t-elle déclaré.
“Les métabolites secondaires sont importants pour qu'une plante s'adapte à une situation stressante. Par exemple, lors d'une sécheresse ou d'une attaque d'agents pathogènes, les métabolites secondaires aident à combattre ces stress”, a déclaré Li. Le métabolisme secondaire est également important pour le succès de la pollinisation. Les fleurs attirent les insectes, mais le changement climatique suscite des inquiétudes quant à la capacité de la relation pollinisateur-plante à continuer de fonctionner.
“Pour ces raisons, on rêve toujours de pouvoir faire de l'ingénierie métabolique pour que les plantes produisent davantage de métabolites spécialisés qui sont bons pour la survie des plantes, une meilleure résistance à une condition de stress, pour fabriquer des médicaments ou pour mieux attirer les pollinisateurs”, dit-elle.
Les chercheurs doivent mieux comprendre comment la production d’un trop grand nombre de métabolites peut perturber la régulation des gènes. Mais si le processus peut être perturbé au bon endroit, « alors nous pouvons produire en toute sécurité beaucoup de métabolites car cela ne déclenche pas la régulation par rétroaction », a déclaré Li.
Plus d'information:
Ying Li et al, Assez c'est assez : contrôle par rétroaction du métabolisme spécialisé, Tendances en science végétale (2023). DOI : 10.1016/j.tplants.2023.07.012
Fourni par l'Université Purdue
Citation: Le métabolisme des plantes s'avère plus compliqué qu'on ne le pensait auparavant (18 décembre 2023) récupéré le 18 décembre 2023 sur
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