Des espèces individuelles de familles de plantes très différentes produisent des composés de défense spéciaux dérivés de l’indole appelés benzoxazinoïdes. Cependant, la voie de biosynthèse de ces composés n’était jusqu’à présent connue que pour des graminées telles que le maïs. En étudiant deux espèces végétales éloignées, l’ortie dorée et la plante zèbre, une équipe de l’Institut Max Planck d’écologie chimique a pu montrer que des enzymes complètement différentes sont responsables de la formation de ces composés de défense spéciaux. Par conséquent, les plantes ont développé la voie de biosynthèse des mêmes composés plusieurs fois et indépendamment. Les plantes de maïs forment des composés spéciaux dérivés de l’indole, appelés benzoxazinoïdes. Ils sont considérés comme importants sur le system écologique vehicle ils agissent contre un significant éventail d’herbivores et réduisent leur alimentation. Les benzoxazinoïdes présentent également des propriétés antimicrobiennes et seraient impliqués dans la médiation des interactions plante-plante. Leur biosynthèse dans le maïs est connue depuis les années 1990. Entre-temps, leur voie de biosynthèse a été décrite dans plusieurs graminées, mais des benzoxazinoïdes ont également été trouvés dans d’autres espèces végétales. Leur distribution est particulière : alors que les métabolites spécialisés se produisent souvent dans des espèces végétales spécifiques liées à l’évolution, les benzoxazinoïdes présentent le comportement opposé et se produisent sporadiquement dans de nombreuses familles de plantes éloignées. Plusieurs tentatives visant à élucider cette voie métabolique, non seulement chez le maïs mais également chez des espèces éloignées, ont échoué. L’objectif de recherche du groupe de Tobias Köllner au sein du département de biosynthèse des produits naturels de l’Institut Max Planck d’écologie chimique était donc clair : « Nous voulions savoir si la capacité à former des benzoxazinoïdes évoluait indépendamment chez différentes espèces. » L’équipe a utilisé deux espèces de plantes d’eudicot éloignées qui produisent des benzoxazinoïdes pour les études : l’ortie dorée Lamium galebodolon, que l’on trouve dans les forêts clairsemées et les lisières des forêts sur des sols riches en nutriments en Europe, et la plante zèbre Aphelandra squarrosa, une plante populaire. plante d’appartement. Pour les deux espèces, les chercheurs ont créé des ensembles de données sur les composés et les gènes exprimés dans différents tissus et les ont comparés à des espèces étroitement apparentées qui ne produisent pas de benzoxazinoïdes. « Cette approche nous a permis d’identifier des gènes candidats pouvant être impliqués dans la development de ces composés. Nous avons ensuite caractérisé les gènes candidats en les exprimant dans le tabac pour savoir s’ils sont réellement impliqués dans la production de benzoxazinoïdes », précise Matilde Florean, leading auteur de l’étude, décrivant leur approche méthodologique. Les chercheurs ont pu montrer que la voie métabolique des benzoxazinoïdes évoluait indépendamment chez le maïs et les deux espèces étudiées. Tobias Köllner poursuit : « Nous avons constaté que, contrairement au maïs, où un certain nombre d’enzymes du cytochrome P450 étroitement apparentées effectuent des étapes spécifiques de la voie métabolique, différentes lessons d’enzymes ainsi que des familles d’enzymes non liées du cytochrome P450 ont été recrutées. » En particulier, la découverte selon laquelle l’ortie dorée et la plante zébrée utilisent une monooxygénase à double fonction contenant une flavine, plutôt que deux enzymes différentes du cytochrome P450 comme dans les graminées, était complètement inattendue. Dans l’ensemble, l’équipe de recherche a été surprise de constater une telle diversité d’enzymes effectuant les mêmes réactions. « Grâce à ce travail, nous avons montré à quel position le métabolisme des plantes peut être adaptable. Nous avons montré que les plantes peuvent inventer indépendamment des stratégies très différentes pour fabriquer les mêmes composés chimiques, et cela s’est produit au moins trois fois dans l’histoire évolutive des benzoxazinoïdes » Sarah O. « Connor, directeur du Département de biosynthèse des produits naturels, résume les résultats de la recherche. À l’avenir, l’équipe espère élucider la biosynthèse de ces composés dans encore as well as de familles végétales.
