Projet BIODIV-NUDIX : Utilisation de la biodiversité des roses botaniques pour

l’étude du rôle d’une NUDIX hydrolase dans la biosynthèse du parfum

JC Caissard FRE 3727 BVpam

Université Jean Monnet de Saint-Etienne ComUE Université de Lyon

PEPS ExoMod 2014 « Nouveaux modèles : la biodiversité pour explorer de nouveaux mécanismes biologiques et biochimiques »

Utilisation du parfum des roses

Roses de jardin Roses coupées Roses à parfum

Recherche d’odeurs originales

Augmentation du rendement Amélioration de la tenue en

vase et du parfum

Nous cherchons à comprendre la biosynthèse du parfum et sa régulation

mais le parfum est un caractère difficile à sélectionner

hexanal E-2-hexenal hexyl acetate Z-3-hexenyl acetate E-2-hexenyl acetate benzaldehyde linalol b-caryophyllene 2-phenylacetaldehyde citronellyl acetate p-vinylanisole neral germacrene D heptadecane c17 geranial d-cadinene geranyl acetate citronellol nerol b-phenylethylacetate DMT geraniol benzylalcool 2-phenylethanol methyleugenol dihydro-b-ionol a-elemol TMB

géranial

Exemple d’analyse des molécules odorantes

The Mac Cartney Rose

Phenylpropanoïdes Monoterpènes acycliques Sesquiterpènes cycliques

Odeur typique de rose

Voies théoriques

MEP MVA

IPP + DMAPP IPP + DMAPP

Monoterpènes acycliques

Sesquiterpènes

Phénols simples

DMT, TMB Caroténoïdes

Cétones

Shikimate

Phénylalanine

Phénylpropanoïdes

Acides gras

Acides gras

Oxylipides

Phloroglucinol/Orcinol

Sesquiterpènes acycliques

plaste cytosol

Composés typiques des roses parfumées

phényléthanol, eugénol

farnésol et isomères

géraniol, géranial, nérol, néral, citronellol, citronellal et isomères

germacrène D

ionone

Voies théoriques validées chez les roses

MEP MVA

IPP + DMAPP IPP + DMAPP

Monoterpènes acycliques

Sesquiterpènes

Phénols simples

DMT et TMB Caroténoïdes

Cétones

Shikimate

Phénylalanine

Phénylpropanoïdes

Acides gras

Acides gras

Oxylipides

Phloroglucinol/Orcinol

Sesquiterpènes acycliques

plaste cytosol

Composés typiques des roses parfumées

phényléthanol, eugénol

farnésol et isomères

géraniol, géranial, nérol, néral, citronellol, citronellal et isomères

Germacrène D

Les géraniol-synthases chez les plantes

Juniperus

Cinnamomum GES

Phalaenopsis Cymbopogon

Rhodiola Vitis GES

Rosa

Pelargonium Eucalyptus Citrus GES

Catharanthus GES Ocimum GES Lippia GES Olea GES

Coriandrum

Humulus

Ficus

Pas de GES !

cDNA AFLP Display

Papa Meilland Rouge Meilland

RhNUDX1 est exprimé : -  seulement dans les pétales en pleine floraison

-  seulement dans les roses avec des terpènes acycliques -  7 000 à 20 000 fois plus que dans les non parfumées

-  l’enzyme est dans le cytosol !

Non parfumée Parfumée

RhNUDX1 est une Nudix hydrolase

Mg2+

• NudiX consensus :

• 150 aa, 16.5 kDa, 59% de similarité avec AtNUDX1 • Nucleoside diphosphate linked to some moiety X hydrolase : P PNu X

Mécanismes enzymatiques

HO

Géraniol GES

Terpène synthase PLASTE

PPi +

GPP

PPO

PPPO

8-oxo-dGTP

PO AtNUDX1

Nudix hydrolase CYTOSOL

8-oxo-dGMP

PPi + PO

Nérol et aldéhydes

RhNUDX1 Nudix hydrolase

CYTOSOL PO Pi +

GP

En résumé

plaste cytosol

IPP + DMAPP

GP Farnésol et isomères

Germacrène D

FPP

GDS (terpène synthase)

FPPS (prényl transférase)

GPP

GPPS (prényl transférase)

Linalol

LIS (terpène synthase)

IPP + DMAPP

Géraniol

NUDX1

GPP

Nérol, dérivés et isomères

Objectifs du PEPS BIODIV-NUDIX

plaste cytosol

IPP + DMAPP

GP Farnésol et isomères

Germacrène D

FPP

GDS (terpène synthase)

FPPS (prényl transférase)

GPP

GPPS (prényl transférase)

Linalol

LIS (terpène synthase)

IPP + DMAPP

Géraniol

NUDX1

GPP

Nérol, dérivés et isomères

Le farnésol pourrait-il provenir de l’action de NUDX1 sur le FPP ?

Le nérol, les aldéhydes et les acétates proviennent-ils du géraniol ?

Globalement, il s’agit de corréler l’activité de RhNUDX1 avec les analyses chromatographiques des roses sauvages et de modéliser cette activité

Consortium

S Réty : IBCP Lyon

C Tisné : Univ Paris Descartes

Enzymologie Cartographie génétique

Biochimie structurale

L Hibrand, T Thouroude, F

Foucher : INRA Angers

R Guyot, R Baltenweck, P Hugueney : INRA

Colmar

JC Caissard, S Moja, P Sun, A Bony, N Boyer, S Baudino : Univ Saint-Etienne

S Fiorucci, B Malye, X Fernandez, M Lalizel, S Antonczak : Univ Nice

Roseraie de Caluire, Association Roses Anciennes en France, Association Rose des Arts de l’Isle-sur-la-Sorgue, Jardin Botanique de Lyon, Roseraie de Saint-Galmier