Impact du changement climatique sur la biosynthèse

Bilan-Projets de Memoires
• 2 avec Pr Taleb
• 5 avec Pr Kadi et Benmekki sur simulateur
SimClim for Arcgis (acquisition faite en
septembre 2015): Simulation Climate +
Marine
• 3 avec Dr Djemouai sur les aspects
législatives et politiques. Cette équipe est
invitée au sommet Cop21-Paris.
• Impact du changement
climatique sur la biosynthèse
des polyphénols par les
plantes.
Introduction
 Les végétaux développent des stratégies d’adaptation pour survivre
et répondre aux changement climatiques (déshydratation, basses
températures, chaleur)
• Généralité sur les polyphénols
• Les polyphénols sont fort répandus dans le règne végétal.
• Les polyphénols prennent une importance croissante, à cause de leurs
effets bénéfiques sur la santé. Leur rôle d’antioxydants naturels suscite
de plus en plus d'intérêt pour la prévention et le traitement du cancer,
des maladies inflammatoires, cardiovasculaires et neurodégénératives.
Ils sont également très importants dans l’industrie agroalimentaire
(production des vins), pharmaceutique et cosmétique
• En se basant sur la structure carbonée de base, on peut dégager les
principales classes de composés phénoliques suivantes: phénols
simples, acides phénoliques, coumarines, stilbénoïdes, flavonoïdes,
isoflavonoïdes, anthocyanes, lignanes, lignines, tanins condensés.
• Structure des acides nucléiques ( ADN et ARN)
Base
Liaison glycosidique
Acide phosphorique
Nucléotide
Liaison hydrogène
Sucre (désoxyribose)
Liaison ester
Molécule d’ADN
Brin d’ADN
ADN
Cytosine
Guanine
ARN
Adénine
Cytosine
Guanine
Adénine
Thymine
Uracile
Désoxyribose
Ribose
 Définition d’un gène
–
Aujourd’hui, un gène est défini comme un enchaînement de
désoxyribonucléotides (dit aussi séquence), c'est-à-dire comme une
portion d'acide désoxyribonucléique (séquence d'ADN), capable de
coder pour un peptide fonctionnel.
–
La plupart du temps, un gène commence par une séquence de
nucléotides appelée promoteur. Son rôle est de permettre l'initiation
mais surtout la régulation de la transcription du gene
• Le promoteur
• Une séquence promotrice est une région indispensable à la transcription
située à proximité d'un gène et, sur laquelle se fixe l'ARN polymérase. Les
séquences promotrices peuvent être situées en aval du site d'initiation de la
transcription, et même dans le gène transcrit.
• Le promoteur proprement dit est constitué de deux éléments :
- Le "basal promoter" ou "core promoter".
- Un "upstream promoter" ou promoteur proximal (figure 1).
Représentation générale d’un gène
ADN
Espace non codant
Chromosome
Espace non codant
• Les activateurs et les inhibiteurs de transcription (Les
enhancers et les silencers )
• En plus des promoteurs, les gènes contiennent deux autres
types de séquences cis régulatrices qui contrôlent la
transcription: les enhancers (activateurs) et les silencers
.
(répresseurs), qui possèdent tous deux des sites de liaison
spécifiques.
• Les Enhancers augmentent considérablement l'activité de la
transcription. Les silencers au contraire inhibent plus ou moins
la transcription. Ces éléments peuvent être localisés en amont,
en aval ou même dans le gène.
• Le signal calcique
• Le calcium est un signal ubiquitaire contrôlant de nombreux processus
cellulaires. Le calcium intervient aussi bien chez les animaux que les
végétaux pour transmettre des informations perçues au niveau de la
membrane de la cellule vers des cibles intercellulaires.
• la calmoduline
• La calmoduline est une protéine monomérique de 148 acides aminés, capable
de s’associer aux ions calciums présent dans le milieu cellulaire. Cette
liaison induit un changement de conformation de la protéine, et forme un
complexe calmoduline/calcium. Ce complexe permet l’activation par
changement de conformation de nombreuses protéines dont l’adénylate
cyclase et les CAMTA.
Les gènes CAMTAs et le consensus CGCG (Taleb et Fromm)
Sous conditions de stress, la CaM pourrait déclencher les CAMTAs de
manière calcium dépendante (Taleb et Fromm, 2004).
Taleb et Fromm (2004) ont découvert que les gènes CAMTAs
possédaient une activité spécifiquement liée à ces fragments d’ADN, dont
le consensus est :
AAA(C)(Xn, n<18)(A/C/G)CGCG(C/G/T)
Stress abiotique
Signal
Perception et
transduction du signal
Seconds
messagers (Ca2+)
Ca2+/Calmoduline
Expression de
gènes (CAMTA)
Réponse
physiologique
La biosynthèse
des polyphénols
Les différentes étapes de la réponse des plantes aux stress abiotiques
• Étude bioinformatique réalisée
Lors de notre étude bioinformatique, nous avons consulté et utilisé les bases de
données disponibles au niveau:
 - NCBI (National Center for Biotechnology Information)
 - EMBL (European Molecular Biology Laboratory),
• Nous avons recherché et sélectionné au niveau de ces banques génomiques,
les séquences nucléiques codant pour les enzymes responsables de la
biosynthèse des polyphénols
• Par la suite, nous avons recherché au niveau de leurs régions promotrices
le motif AAA(C)(Xn)(A/C/G) CGCG (C/G/T) ( avec n<18) (consensus CGCG).
 Resultats
 Nous avons trouvé le motif AAA(C)(Xn)(A/C/G)CGCG(C/G/T),au niveau des
promoteurs des enzymes suivantes:
• isopentenyl pyrophosphate isomerase
• PAL(phenylalanine ammonia lyase
• cinnamoyl-CoA reductase
 Chalcone synthase (CHS)
 Anthocyanidin synthase(ANS) .
• anthocyanidine synthase
• anthocyanidine réductase
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anthocyanidine rhamnosyl-transferase
leucoanthocyanidin reductase 2 (LAR2)
leucoanthocyanidin reductase 1 (LAR1)
flavonoid 3-O-glucosyltransferase (UFGT)
dihydroflavonol 4-reductase (DFR2)
dihydroflavonol 4-reductase (DFR1)
• L’étude bioinformatique, par la recherche du box CGCG, site de
fixation des activateurs de transcription CAMTA, sous condition de
stress, a permis de démontrer une relation directe entre le stress
et la production de polyphénols .
• Les changements climatiques auront donc un effet visible et
indéniable sur la production quantitative et qualitative des
polyphénols par les plantes.
• Les répercussions sur la qualité des fruits et légumes, sur l’effet
phytothérapeutique des plantes médicinales et sur la qualité de la
production œnolique sera catastrophique.
• Il est temps de comprendre, par des moyens de biologie
moléculaire, le contrôle génétique des enzymes responsables de la
biosynthèse des polyphénols.
• Cette compréhension nous permettra de créer de nouvelles
souches végétales plus adaptées aux exigences climatiques
nouvelles.