Les scientifiques qui cherchent à élucider les détails de la façon dont les plantes produisent et accumulent le pétrole ont identifié un nouveau composant essentiel de la chaîne de montage. Ils ont découvert un stérol particulier – une molécule liée au cholestérol – qui joue un rôle clé dans la formation de gouttelettes d’huile.



« Cette recherche étend considérablement notre compréhension des facteurs moléculaires qui régissent la development de gouttelettes lipidiques, qui sont des organites vitaux pour le stockage et le métabolisme du pétrole dans tous les organismes eucaryotes », a déclaré Changcheng Xu, biologiste au laboratoire countrywide de Brookhaven du département américain de l’Énergie, qui a dirigé l’étude. Les résultats, publiés dans Nature Communications, peuvent suggérer de nouvelles façons de modifier la teneur en huile d’une variété de tissus végétaux.

Le travail peut être particulièrement vital pour éclairer les stratégies de génie génétique visant à augmenter la teneur en huile des feuilles et des tiges. Ces tissus végétaux n’accumulent généralement pas de pétrole, mais ils pourraient être conçus comme une supply abondante d’huiles durables pour la fabrication de biocarburants et d’autres produits de foundation, selon les scientifiques.



Les résultats s’appliquent également à l’accumulation d’huile dans les graines de plantes, le principal endroit où les huiles s’accumulent naturellement dans les plantes. Ces réservoirs naturels d’huiles végétales fournissent une diet aux embryons et aux semis de plantes, ainsi qu’aux animaux et aux humains.

« Nous avons constaté qu’une carence en un style particulier de stérol provoque une baisse de l’accumulation d’huile dans les graines et les feuilles », a déclaré Xu.

Feu vert pour la generation de pétrole

Xu et son équipe travaillent depuis des années pour augmenter l’accumulation d’huile dans les feuilles et les tiges des plantes.

« Les feuilles par rapport aux graines sont beaucoup as well as abondantes en tant que matériau bioénergétique possible », a-t-il noté.  » De moreover, parce que l’huile des graines est utilisée pour l’alimentation, nous nous efforçons d’accumuler de l’huile et d’autres bioproduits de foundation dans les parties des plantes autres que les graines, comme les feuilles et les tiges, afin d’éviter la concurrence entre la nourriture et le carburant.  »

L’équipe a fait des progrès pour obtenir que les feuilles accumulent des quantités substantielles d’huile, en utilisant la plante de laboratoire commune Arabidopsis.

Ils ont mis au place un moyen efficace de suivre l’accumulation de pétrole. Grâce au génie génétique, ils ont créé des plantes d’Arabidopsis dans lesquelles une protéine fluorescente verte est toujours attachée à une protéine appelée oléosine. L’oléosine ne s’accumule qu’à la floor des gouttelettes lipidiques. Il fait partie de la membrane entourant ces compartiments de stockage d’huile dans les cellules pour aider à les stabiliser. Si un échantillon de tissu végétal – feuille, tige ou graine – contient des gouttelettes lipidiques, elles ressortent sous forme de petits details verts au microscope à fluorescence.

« Nous avons traité nos plantes d’Arabidopsis avec un mutagène pour essayer de déclencher des mutations qui augmenteraient l’accumulation d’huile », a déclaré Xu, en utilisant la procedure de fluorescence pour identifier les souches avec des points verts plus nombreux et/ou as well as gros.

Ironiquement, ils ont fait leur découverte sur le stérol dans une souche d’Arabidopsis qui n’accumulait presque pas d’huile.

« L’objectif principal des travaux en cours était de déterminer quelle modification génétique a causé cette baisse spectaculaire de l’accumulation de pétrole », a déclaré Xu. « Nous avons pensé que la recherche de ce gène pourrait nous donner de nouveaux gènes/protéines qui sont importants dans la formation ou l’accumulation de gouttelettes lipidiques. »

Indices pour l’assemblage intérieur

À l’échelle microscopique, les scientifiques savent que des gouttelettes lipidiques se forment dans le  » réticulum endoplasmique « , ou RE, des cellules. C’est un réseau interne de membranes à l’intérieur des cellules (pas la membrane entourant la cellule) qui agit comme une sorte d’usine – assemblant et emballant divers matériaux tels que des protéines et des lipides.

Des gouttelettes de stockage de lipides se forment lorsque l’huile begin à s’accumuler entre les deux couches de la membrane du RE, mais seulement dans certaines régions du RE. Finalement, lorsqu’il y a suffisamment d’huile, les petits morceaux de membrane se pincent, laissant l’huile encapsulée dans des compartiments autonomes.

Comme le montre l’étude de Brookhaven, l’étude d’une plante qui n’accumule pas ces gouttelettes lipidiques peut offrir des indices sur les facteurs biochimiques qui régissent le processus – et sur ce qui est distinctive dans les domaines ER particuliers où il se produit.

Se concentrer sur le gène

Pour déterminer quelle mutation a déclenché la baisse spectaculaire de l’accumulation de pétrole, l’équipe de Brookhaven a utilisé une method connue sous le nom de clonage positionnel, un moyen de rechercher chaque région des chromosomes pour identifier un gène particulier responsable d’une caractéristique d’intérêt. La procedure a restreint la recherche à une région spécifique dans l’un des chromosomes de la plante.

« Cette région contient encore des centaines de gènes candidats », a déclaré Xu.

Après avoir utilisé le séquençage du génome entier pour rechercher toute mutation dans cette région, l’équipe a identifié un gène qu’elle soupçonnait d’être impliqué. Le gène code pour une enzyme responsable d’une étape biochimique de la synthèse en plusieurs étapes du stérol, une molécule liée au cholestérol que l’on trouve dans le RE et d’autres membranes cellulaires.

En  » éliminant  » sélectivement la model normale (non mutée) de ce gène, les scientifiques ont pu dupliquer l’effet de la mutation. C’est-à-dire que les plantes avec le gène assommé n’ont accumulé aucune gouttelette lipidique. De additionally, l’ajout du gène non muté a restauré l’accumulation de gouttelettes d’huile.

« Cette expérience a clairement prouvé que le stérol joue un rôle essentiel dans la formation de gouttelettes d’huile », a déclaré Xu.

Mais les scientifiques sont allés moreover loin. Ils ont également étudié ce qui se passerait s’ils mutaient les gènes des enzymes « en amont » de cette enzyme particulière dans la voie de synthèse des stérols en plusieurs étapes. Et ils ont mesuré les niveaux de stérols dans ces mutants.

Les études détaillées leur ont permis de se concentrer sur le type spécifique de stérol qui, lorsqu’il est déficient, entraîne une faible accumulation d’huile.

Des mutations dans les mêmes gènes ont entraîné une réduction de l’accumulation d’huile dans les feuilles et les graines. Dans les graines, où les gouttelettes lipidiques sont as well as faciles à voir, les scientifiques ont également mené des études quantitatives de leurs formes et tailles.

Ensemble, les résultats fournissent la preuve d’un rôle universel pour ce stérol particulier dans la formation de gouttelettes lipidiques.

« Nous pensons que ce stérol est essential pour la development d’un microdomaine dans la membrane du RE qui est impliqué dans la development de gouttelettes lipidiques », a déclaré Xu. « La carence en stérol entraîne un défaut dans la development d’un tel microdomaine. »

Maintenant qu’ils savent ce qui se passe lorsque ces gènes sont désactivés, les scientifiques suggèrent que des stratégies pour les activer et augmenter leur expression pourraient être un moyen d’augmenter l’accumulation d’huile dans les feuilles, les tiges ou les graines.

L’équipe explorera ces stratégies dans des expériences futures.

Ce travail a été financé par le DOE Office environment of Science (BES).