Biosynthèse des terpènes du parfum chez la rose – ROSASCENT

La rose est la fleur la plus vendue au monde et son parfum est composé de centaines de molécules. Elle est utilisée depuis l’antiquité par l’industrie du parfum. Cependant la plupart des roses vendues pour la fleur coupée sont dépourvues de parfum. Nous avons récemment découvert que chez la rose, la synthèse du parfum ne se fait pas grâce à des terpène synthases, comme chez les autres plantes, mais grâce à une enzyme appelée RhNUDX1, appartenant à une tout autre famille (Magnard et al, Science 2015). En utilisant une combinaison d'analyses chimiques, biochimiques, moléculaires et génétiques, nous voulons caractériser toutes les protéines jouant un rôle dans cette nouvelle voie, de la biosynthèse du géranyl diphosphate aux dérivés de géraniol.
Nous allons étudier :

1. Les fonctions de RhNUDX1-1 et RhNUDX1-2
RhNUDX1-1 est impliqué dans la production du monoterpène géraniol. Nous avons récemment isolé un autre gène NUDX1 chez la rose, RhNUDX1-2. Nous allons caractériser fonctionnellement ce second gène, en utilisant des tests enzymatiques et des analyses de corrélation de son expression avec la présence de composés de parfum dans des cultivars et des espèces de roses. Nous rechercherons des corrélations entre la présence d’allèles des gènes RhNUDX1 et la présence de terpènes (population F1 et collection de roses anciennes). Une recherche des aminoacides clés de RhNUDX1-1 et RhNUDX1-2, impliqués dans cette fonction spéciale sera effectuée par comparaison avec la protéine AtNUDX1 d’Arabidopsis, qui ne participe pas à la production de parfum. Nous allons également séquencer RhNUDX1-1 dans une collection de roses du 19ème siècle pour chercher une trace de la signature de sélection. Enfin, le séquençage de RhNUDX1-1 et RhNUDX1-2 dans différentes espèces de roses, et l'analyse de l'expression dans ces roses nous permettront de préciser si cette fonction particulière est apparue récemment dans le genre Rosa lors de la domestication ou si elle est présente chez toutes les espèces de ce genre et peut-être chez d'autres rosacées. Une approche par eQTL sera également développée pour détecter des facteurs trans contrôlant l’expression de RhNUDX1-1.

2. La régulation de l’expression de RhNUDX1-1
Une caractéristique clé de RhNUDX1-1 est son expression très élevée dans les cultivars émettant des terpènes et son expression à peine détectable dans les cultivars n’en émettant pas. Les promoteurs responsables de cette expression spécifique dans les pétales seront isolés et disséqués. Les facteurs de transcription, potentiellement impliqués dans cette régulation seront recherchés en comparant les transcriptomes 2 types de roses (avec et sans terpènes).

3. Les partenaires de RhNUDX1-1
RhNUDX1-1 est responsable de la première étape menant du géranyl diphosphate (GPP) au géranyl monophosphate. L'enzyme responsable de la deuxième étape, du géranyl monophosphate au géraniol, est probablement une phosphatase. Une recherche des phosphatases surexprimées dans les pétales de cultivars produisant des terpènes sera faite. Nous allons aussi caractériser les enzymes responsables de la production du GPP et en particulier leur localisation, car les géranyl diphosphate synthases sont localisées dans les plastes et RhNUDX1-1 est dans le cytosol. Nous allons également essayer de comprendre quelle voie, celle du Méthylérythritol phosphate plastidial ou celle du Mévalonate cytosolique, fournit les précurseurs pour la synthèse du GPP. Enfin, des comparaisons de transcriptome seront utilisées pour isoler les enzymes impliquées dans la réduction du géraniol en citronellol, autre monoterpène à haute valeur ajoutée.

Le programme proposé peut expliquer pour la première fois pourquoi certains cultivars de rose n’ont pas de parfum. Les séquences caractérisées pourront être utilisés comme marqueurs pour la sélection des roses parfumées. Ce programme devrait également ouvrir la voie à une production de composés terpéniques de haute valeur ajoutée pour l’industrie du parfum.