Les plantes régulent leur croissance et leur développement à l’aide d’hormones, y compris un groupe appelé strigolactones qui empêchent un bourgeonnement et une ramification excessifs. Pour la première fois, des scientifiques dirigés par UC Riverside ont synthétisé des strigolactones à partir de microbes. L’ouvrage est publié dans la revue en libre accès, Avancées scientifiques.
Les strigolactones aident également les racines des plantes à former des relations symbiotiques avec les micro-organismes qui permettent à la plante d’absorber les nutriments du sol. Ces deux facteurs ont conduit l’agriculture à s’intéresser à l’utilisation des strigolactones pour contrôler la croissance des mauvaises herbes et des parasites des racines, ainsi que pour améliorer l’absorption des nutriments.
Crédit image : Jason Mitrione via Unsplash, licence gratuite
Ces composés d’extrusion de racines ne sont pas sans risques. Ils stimulent également la germination des herbes sorcières et des colzas, ce qui peut entraîner l’échec de récoltes entières de céréales, ce qui rend une recherche approfondie essentielle avant le développement commercial. Les scientifiques étudient encore les rôles physiologiques joués par ce groupe diversifié d’hormones dans les plantes. Jusqu’à récemment, la fabrication de strigolactones pures pour l’étude scientifique était difficile et trop coûteuse pour un usage agricole.
« Notre travail fournit une plate-forme unique pour étudier la biosynthèse et l’évolution de la strigolactone, et il jette les bases du développement de processus de bioproduction microbienne de la strigolactone comme source alternative », a déclaré l’auteur correspondant. Yanran Li, professeur adjoint de génie chimique et environnemental à l’UC Riverside.
Avec l’auteur co-correspondant Kang Zhou de l’Université nationale de Singapour, Li a dirigé un groupe qui a inséré des gènes végétaux associés à la production de strigolactone dans la levure de boulanger ordinaire et non pathogène Escherichia coli bactéries qui, ensemble, produisent une gamme de strigolactones.
La production de strigolactones à partir de levure s’est avérée très difficile. Bien que la levure modifiée soit connue pour modifier le précurseur de la strigolactone, appelé carlactone, elle n’a pu synthétiser la carlactone avec aucun des gènes spécifiques utilisés par les chercheurs.
« Ce projet a commencé début 2018, mais pendant plus de 20 mois, il n’y a eu pratiquement aucun progrès. L’enzyme de contrôle DWRF27 n’est pas fonctionnelle, peu importe comment nous essayons dans la levure », a déclaré Li. « Kang a développé une technique de consortium microbien pour produire un précurseur du Taxol en 2015 et qui a inspiré cette merveilleuse collaboration. »
L’équipe s’est tournée vers E. coli, qui avait déjà été montré capable de produire de la carlactone. La carlactone qu’il produisait, cependant, était instable et ne pouvait plus être modifiée par des E. coli dans toutes les strigolactones. Le groupe de Li a réussi à optimiser et à stabiliser le précurseur de carlactone.
Pour leur plus grand plaisir, lorsque les levures et les bactéries ont été cultivées ensemble dans le même milieu, les E. coli et levure ont travaillé en équipe : E. coli fait de la carlactone, et la levure l’a transformée en divers produits finaux de la strigolactone. La méthode a également produit suffisamment de strigolactones pour être extraites et étudiées. À l’aide de cette plate-forme, le groupe a identifié la fonction de plusieurs enzymes biosynthétiques de la strigolactone, montrant que l’orange douce et le raisin ont le potentiel de synthétiser des strigolactones de type orobanchol.
L’équipe a également conçu le métabolisme des microbes pour multiplier par trois la production de strigolactone à 47 microgrammes par litre, suffisamment pour une étude scientifique. Bien que la production commerciale de strigolactones soit encore loin, la nouvelle méthode de biosynthèse à partir d’un consortium levure-bactérie aidera les scientifiques à en apprendre davantage sur cet important groupe d’hormones végétales, en particulier les enzymes impliquées.
Les enzymes sont des catalyseurs de protéines et sont responsables de la modification de la carlactone par la levure. Parce que la carlactone est instable, elle ne peut pas être achetée auprès de sources commerciales. En conséquence, de nombreux phytotechniciens ont des difficultés à étudier de nouvelles enzymes susceptibles de transformer la carlactone en strigolactones.
« La nouvelle co-culture levure-bactérie offre aux scientifiques un moyen pratique d’effectuer de tels travaux, car la bactérie fabrique de la carlactone in situ », a déclaré Zhou. « Avec la découverte de plus d’enzymes et l’optimisation du consortium microbien, nous pourrons fabriquer des strigolactones en quantité à l’avenir. »
La source: UC Riverside
