Comment les plantes contrôlent épigénétiquement leurs substances actives
Une nouvelle étude démontre comment la production de substances d'intérêt pharmaceutique fonctionne dans les solanacées et est régulée par l'épigénétique.
Les plantes sont de véritables maîtres dans l'art de fabriquer les substances chimiques les plus diverses pour se protéger par exemple contre les prédateurs ou les agents pathogènes. Parmi les centaines de milliers de substances actives végétales, un grand nombre sont également intéressantes pour l'homme en raison de leurs effets médicinaux. De nombreuses solanacées produisent par exemple des withanolides, un groupe varié de stéroïdes aux propriétés importantes pour la santé. La biosynthèse de ces substances et leur régulation n'ont guère été étudiées jusqu'à présent.
L'équipe de recherche du professeur Claude Becker, généticien à la faculté de biologie de la LMU, vient de découvrir un cluster de gènes responsable de la synthèse des withanolides chez la cerise de terre (Physalis grisea). L'étude a été réalisée en collaboration avec des partenaires de l'Institut Max Planck de physiologie moléculaire des plantes à Golm et de l'Université de Hohenheim et a été publiée récemment dans la revue spécialisée PNAS. "Dans le génome, les clusters de gènes comme celui que nous avons identifié abritent, dans un espace très restreint, les gènes qui codent pour les enzymes en série d'une voie de biosynthèse", explique Becker. "De tels clusters assurent la régulation et l'hérédité communes de ces gènes associés".
Dans le cas du cluster de withanolide, l'équipe a trouvé une duplication dans le génome. Les deux clusters partiels qui en résultent forment alors deux unités fonctionnellement distinctes : L'une est exclusivement active dans les racines, l'autre uniquement dans les tissus végétaux aériens. "Ce qui nous a surpris, c'est que la séparation spatiale et fonctionnelle des deux unités semble être régulée épigénétiquement", explique Becker. Les deux versions de clusters se distinguent donc l'une de l'autre par la structure locale et les modifications chimiques du patrimoine génétique. Les chercheurs supposent que cette séparation permet à la plante de mettre en place une défense chimique adaptée à chaque fois dans les tissus aériens et souterrains.
Grâce à des analyses génomiques comparatives, l'équipe a également pu montrer que la duplication du cluster de gènes n'a eu lieu que dans le groupe des cerisiers vésiculés et de leurs proches parents, tandis que le cluster en soi est fortement conservé au sein des solanacées, mais absent dans le genre des tomates et des pommes de terre. "Notre étude offre un premier aperçu de la production du groupe diversifié et multifonctionnel des withanolides et fournit ainsi la base pour le développement potentiel de pesticides alternatifs et de substances pharmaceutiques actives", a déclaré Becker.
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Publication originale
Santiago Priego-Cubero, Eva Knoch, Zhidan Wang, Saleh Alseekh, Karl-Heinz Braun, Philipp Chapman, Alisdair R. Fernie, Chang Liu, Claude Becker; "Subfunctionalization and epigenetic regulation of a biosynthetic gene cluster in Solanaceae"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-2-20
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