Diversité et évolution des oxydosqualène cyclases et des prényltransférases dans le latex des arbres d'Amazonie – AMAZYME

Les exsudats sont apparus indépendamment dans au moins 40 familles de plantes (6 ordres, 20 000 espèces, 15% de taxons tropicaux) et leur évolution a impacté la diversification de plusieurs lignées. Les familles de plantes à latex et résineuses sont parmi les plus riches en espèces suggérant que les avantages de la production d'exsudats ont favorisé la dominance écologique de ces espèces. Les multiples évolutions indépendantes d’exsudats aux propriétés diverses représentent une opportunité pour l’étude de l'adaptation convergente des traits comme force motrice de la diversification chez les angiospermes.

Les plantes de latex ont évolué dans divers habitats de manière convergente plusieurs fois pendant l'évolution dans tout le royaume végétal, suggérant une origine polyphylogénétique. Cependant, en dehors de quelques taxons qui ont été commercialisés ou utilisés comme modèle d’étude, la biologie des latex reste peu étudiée, leur rôle dans la diversification des lignées est encore inconnu et l’étude exhaustive de leur plasticité phénotypique n'a pas été rapporté. Le latex est un trait multidimensionnel définit par les propriétés biochimiques, chimiques, physiques et des caractéristiques anatomiques uniques (cellules laticifères). Plusieurs rôles ont été attribués au latex la défense (i) chimique (ii) physique (contre les herbivores, les pathogènes et les blessures), et (iii) le stockage de l'eau, des déchets métaboliques ou des nutriments. Puisque ces fonctions ont vraisemblablement joué un rôle dans la diversification des plantes, le latex représente une source d’informations unique et multidimensionnelle sur les processus évolutifs. Néanmoins, à ce jour, aucune étude intégrative n'a étudié les fonctions des latex dans le contexte des interactions entre espèces et des modèles d'évolution à des échelles phylogénétiques larges.

Pour élucider le rôle des enzymes produisant des terpènes dans le latex et leurs impacts sur la diversification des plantes, le projet propose d’étudier (i) la diversité des oxydosqualène cyclases (OSC) et des prényltransférases (PT) impliquées respectivement dans la biosynthèse des triterpénoïdes et du polyisoprène et (ii) les propriétés rhéologiques des latex, au sein de 23 espèces d'arbres (5 familles) en Guyane. En utilisant des approches traditionnelles (RT-PCR) et à la pointe de la technologie (RNAseq) en biologie moléculaire, nous proposons la première étude comparative de l'évolution des OSC et des PT dans le latex des plantes amazoniennes pour corréler cette diversité biochimique avec d'autres traits fonctionnels. La quantification de l’expression des gènes OSC et PT entre et au sein des lignées végétales dans des habitats contrastés (terre ferme, forêt inondée, forêt de sable blanc) à différente saison (humide et sèche) est pertinente pour étudier l’impact des conditions abiotiques dans la production du latex dans le contexte du changement climatique. Parallèlement, la première étude comparative des propriétés rhéologiques et des cinétiques de coagulation des latex est proposée pour tester les possibles corrélations avec l'expression des gènes OSC et PT dans le but de démontrer que la coagulation rapide du latex est associée à une défense physique alors qu’une coagulation lente indique la présence de métabolites bioactifs impliqués dans une défense chimique substituant une barrière physique.

Le projet assemblera de multiples informations sur l'histoire phylogénétique et la répartition des lignées ciblées, l'analyse métabolomique des terpénoïdes, la diversité des OSC et PT, et les propriétés rhéologiques du latex pour lever le voile sur les forces motrices de l’évolution et mettre en évidence des mutations spécifiques dans les habitats secs dans le contexte du changement climatique. Enfin, la découverte de nombreux gènes PT originaux contribuent au développement de la production de caoutchouc en génie biologique pour réduire la pression sur les plantations d'arbres à latex en Asie du Sud.