Biosynthèse, évolution et diversité des quinones au travers du vivant – ToLQuin

Les quinones isoprénoïdes sont des lipides qui transfèrent des électrons entre les enzymes des chaînes de transport d’électrons. Elles jouent ainsi un rôle central dans production d’énergie cellulaire. Les quinones sont diverses structuralement, avec des différences dans leur noyau aromatique qui modulent leur potentiel d’oxydoréduction. Les quinones de bas potentiel (LP) sont principalement utilisées pour la respiration anaérobe et microaérobe, tandis que les quinones de haut potentiel (HP) sont utilisées pour la respiration aérobe et la photosynthèse. L’histoire de la diversification des quinones de bas potentiel aux quinones de haut potentiel est méconnue, même si elle semble connectée aux transitions majeures de l’histoire du vivant : les quinones LP s’auto-oxydent en présence de O2 et il a été proposé que les quinones HP sont apparues en réponse à la grande oxygénation. Ainsi nous pensons que comprendre la diversification des quinones et de leurs voies de biosynthèse peut apporter une vision nouvelle de l’évolution du métabolisme. Notre consortium a récemment découvert de nouvelles voies de biosynthèse de quinones et démontré que l’évolution du répertoire en quinones est corrélée à l’adaptation des bactéries à des environnements oxiques ou anoxiques. Nos résultats préliminaires montrent que plusieurs lignées archéennes ou bactériennes ne possèdent aucune quinone connue ou en produisent sans avoir les voies de biosynthèses associées. Cela implique donc l’existence de voies inconnues de biosynthèses pour des quinones connues ainsi que de nouvelles quinones, mais aussi des lacunes dans la compréhension de l’origine des voies de biosynthèse des quinones. Enfin, l’utilisation préliminaire de nouvelles approches d’analyse de données de lipidomique développées dans nos équipes ont démontré leur efficacité pour la découverte de nouvelles quinones. C’est pourquoi nous proposons de caractériser la diversité des quinones, leurs voies de biosynthèse et leur évolution au travers de l’arbre du vivant pour mieux comprendre la diversification du métabolisme lors de transitions majeures comme l’apparition de l’aérobiose au moment de la grande oxygénation. Nous proposons de : 1) développer des techniques de lipidomique pour découvrir de nouvelles quinones, 2) améliorer les méthodes génomiques d’annotation des voies de biosynthèse avec l’information de la structure pour proposer de nouvelles enzymes candidates à caractériser biochimiquement et génétiquement pour compléter les voies de biosynthèses manquantes chez des archées et des bactéries d’intérêt, 3) étudier le rôle de l’acquisition et de la diversification de nouvelles quinones sur l’évolution et l’éco-physiologie des organismes. Nos expertises complémentaires en biochimie, biogéochimie, lipidomique, évolution moléculaire et microbiologie, permettront à ToLQuin de fournir une nouvelle vision de la diversité des quinones et de leur rôle dans les transitions métaboliques majeures.