Nous exploitons en outre une grande diversité génétique afin de comprendre la génétique de l’accumulation de métabolites et développons actuellement des outils analytiques très sensibles pour déterminer les flux métaboliques. Diverses espèces de tomates, de maïs et d’Arabidopsis thaliana sont les principaux systèmes modèles utilisés.

Manipulation des flux dominants du métabolisme du carbone

Dans la pomme de terre (Solanum tuberosum), nous avons adopté plusieurs stratégies pour ajuster le flux de carbone en amidon. Fait intéressant, dans tous les cas, la glycolyse augmente tandis que la synthèse de l’amidon diminue chez ces plantes transgéniques. Nous analysons également actuellement la transition saccharose-amidon dans la tomate (Solanum lycopersicum). Où nos intérêts incluent à la fois le transport du saccharose et son utilisation dans les organes d’évier.Poussés par le changement métabolique inattendu vers la respiration chez les plantes présentant une sucrolyse accrue, nous avons initié un projet visant à mieux comprendre la contribution des enzymes du cycle du TCA à la régulation métabolique (également chez la tomate). Curieusement, ces études ont révélé des liens très étroits entre le métabolisme mitochondrial et photosynthétique que nous étudions plus en détail.

Développement d’outils analytiques et expérimentaux

Ces résultats intrigants nous ont obligés à développer une large gamme d’outils analytiques pour mieux étudier les subtilités de la machinerie biosynthétique cellulaire. Nous avons perfectionné des techniques de fractionnement subcellulaire non aqueux afin de séparer les chloroplastes et les vacuoles du cytosol. Nous exploitons un système de profilage des métabolites, utilisant la GC-MS, qui nous permet de distinguer un grand nombre de métabolites dans chacun de ces échantillons (fractions subcellulaires ou échantillons de tissus). On peut ainsi profiler plus de 300 composés > 100 de ces composés ayant des structures chimiques connues. Un autre développement expérimental que nous explorons est l’utilisation de promoteurs chimiquement inductibles pour stimuler l’expression du transgène de manière contrôlée afin d’étudier les perturbations du métabolisme sur une base temporelle. Ces dernières années, nous avons également mis en place une plate-forme RT-PCR pour les facteurs de transcription de la tomate et des méthodes sensibles pour suivre le métabolisme du substrat marqué par isotope stable et une plate-forme basée sur LC-MS pour l’analyse des phénylpropanoïdes végétaux et l’analyse hormonale ciblée.

Profilage métabolique chez les espèces solanacées

Le profilage métabolique utilisant les technologies de spectrométrie de masse par chromatographie en phase gazeuse (GC-MS) représente à la fois une méthodologie rapide et robuste pour l’analyse des métabolites multiparallèles et un potentiel largement inexploité dans le domaine de la génomique fonctionnelle. Nous sommes actuellement en train d’utiliser cette technique pour dresser le profil du métabolisme primaire de systèmes de plantes solanacées génétiquement et écologiquement divers (pommes de terre et tomates). L’utilisation de cette technique en tandem avec des outils bioinformatiques pour l’exploration de données permet une analyse complète des phénotypes métaboliques et l’identification de phénocopies métaboliques (c’est-à-dire deux systèmes manipulés différemment qui se ressemblent étroitement sur la base de leurs compléments métaboliques). De plus, le fait que cette méthode donne des informations sur de nombreux métabolites au sein d’un même extrait facilite l’application d’une analyse de corrélation approfondie entre les différents métabolites et permet ainsi de tirer de nombreuses conclusions concernant les interactions métaboliques au sein de ces systèmes.

Nous avons entrepris un grand projet en collaboration avec le Prof. Dani Zamir (Université hébraïque de Jérusalem, Rehovot) dans lequel nous avons profilé le complément métabolique d’une série de plus de 80 lignées d’introgression de Solanum lycopersicum abritant chacune des substitutions définies et distinctes de Solanum pennelli qui couvrent l’ensemble du génome. Le profilage de ces lignées comprendra l’analyse de la SEP ainsi que l’analyse de composés polymères tels que l’amidon, les protéines et les composants de la paroi cellulaire. Récemment, nous les avons étendues au niveau des composés, des tissus et des espèces pour donner une résolution beaucoup plus élevée du contrôle génétique du métabolisme et de la façon dont les voies et même les organes des plantes sont en compétition pour le substrat dans une gamme de conditions environnementales.

Également dans les fruits de la tomate, nous avons commencé à démêler le réseau fonctionnel associé aux facteurs de transcription et avons des projets en cours d’exécution sur l’ingénierie métabolique et la sélection assistée par métabolomique de composés phénoliques (qui sont bien connus, ils ont des avantages pour la santé humaine ainsi que pour aider à répondre au stress au sein des plantes elles-mêmes). Chez Arabidopsis, nous suivons une approche similaire en ce qui concerne les phénoliques – en accordant une attention particulière à l’isolement, à l’identification et à la caractérisation fonctionnelle de nouveaux phénylpropanoïdes.

Autres activités du groupe

Le Groupe d’Alisdair Fernie participe également, via le financement du PROJET d’ÉQUIPE UE Horizon2020 PlantaSyst (SGA-CSA No 664621 et No 739582 sous le numéro FPA 664620), à la création du Centre de Biologie et de Biotechnologie des Systèmes Végétaux à Plovdiv, en Bulgarie.