La couleur rouge est éclaboussée à travers les jardins, forêts et fermes, attirer les pollinisateurs avec des teintes vives, signaler les fruits mûrs et ravir les jardiniers de légumes et de fleurs.

Mais si vous mettez une framboise rubis contre une betterave cramoisie et regardez attentivement, vous remarquerez peut-être :ce sont des rouges différents.

Il y a des millions d'années, une famille de plantes - les betteraves et leurs cousines proches et lointaines - a découvert un tout nouveau pigment rouge et a rejeté le rouge utilisé par le reste du monde végétal. Comment ce nouveau rouge a évolué, et pourquoi une plante qui fabrique les deux types de pigment rouge n'a jamais été trouvée, sont des questions qui ont longtemps attiré les chercheurs perplexes sur l'évolution des plantes.

J'écris cette semaine (9 octobre, 2017) dans la revue Nouveau phytologue , Hiroshi Maeda, professeur de botanique à l'Université du Wisconsin-Madison, et ses collègues décrivent un ancien relâchement d'une voie biochimique clé qui a préparé le terrain pour que les ancêtres des betteraves développent leur pigment rouge caractéristique. En développant un moyen efficace de fabriquer l'acide aminé tyrosine, la matière première du nouveau rouge, cette famille de plantes a libéré de la tyrosine supplémentaire pour plus d'utilisations. Des innovations ultérieures ont transformé la tyrosine nouvellement abondante en écarlate.

Les nouvelles découvertes peuvent aider les programmes de sélection de betteraves et fournir des outils et des informations aux scientifiques qui étudient comment transformer la tyrosine en ses nombreux dérivés utiles, qui comprennent la morphine et la vitamine E.

"La question centrale qui nous intéresse est de savoir comment les voies métaboliques ont évolué dans différentes plantes, et pourquoi les plantes peuvent fabriquer autant de composés différents, " dit Maeda. " Les betteraves étaient le point de départ parfait pour répondre à la question. "

La grande majorité des plantes dépendent d'une classe de pigments appelés anthocyanes pour rendre leurs feuilles et leurs fruits violets et rouges. Mais les ancêtres des betteraves ont développé les bétalaïnes rouges et jaunes, puis éteint les anthocyanes redondantes. Outre les betteraves, la couleur se retrouve dans la bette à carde, Rhubarbe, quinoa et cactus, parmi des milliers d'espèces. Les bétalaïnes sont des colorants alimentaires courants et sont sélectionnées par les sélectionneurs de betteraves.

Lorsque l'étudiant diplômé du laboratoire Maeda et auteur principal du nouvel article Samuel Lopez-Nieves a isolé les enzymes dans les betteraves qui produisent de la tyrosine, il a trouvé deux versions. L'un était inhibé par la tyrosine, un moyen naturel de réguler la quantité d'acide aminé, en arrêtant la production quand il y en a beaucoup. Mais la deuxième enzyme était beaucoup moins sensible à la régulation par la tyrosine, ce qui signifie qu'il pourrait continuer à fabriquer l'acide aminé sans être ralenti. Le résultat était que les betteraves produisaient beaucoup plus de tyrosine que les autres plantes, assez pour jouer avec et se transformer en bétalaïnes.

Estimant que les humains avaient sélectionné cette voie de tyrosine hautement active tout en sélectionnant des betteraves rouge vif, Lopez-Nieves a isolé les enzymes de betteraves sauvages.

"Même l'ancêtre sauvage des betteraves, betterave de mer, avait déjà cette enzyme déréglementée. C'était inattendu. Donc, notre hypothèse initiale était fausse, " dit Lopez-Nieves.

Alors il se tourna vers les épinards, un cousin plus éloigné qui a divergé des betteraves il y a plus longtemps. Les épinards ont également eu deux exemplaires, celui qui n'a pas été inhibé par la tyrosine, ce qui signifie que la nouvelle voie de la tyrosine doit être plus ancienne que l'ancêtre épinard-betterave. Les chercheurs ont dû remonter beaucoup plus loin dans le temps évolutif pour trouver quand l'ancêtre des betteraves a évolué une seconde, enzyme moins inhibée.

En collaboration avec des collaborateurs de l'Université du Michigan et de l'Université de Cambridge, L'équipe de Maeda a analysé les génomes de dizaines de familles de plantes, certains qui ont fait des bétalaïnes et d'autres qui ont divergé avant que les nouveaux pigments aient évolué. Ils ont découvert que l'innovation de la voie de la tyrosine - avec une enzyme libre pour fabriquer plus d'acides aminés - a évolué bien avant les bétalaïnes. Ce n'est que plus tard que d'autres enzymes ont évolué qui pourraient transformer la tyrosine abondante en bétalaïnes rouges.

"Notre hypothèse initiale était que la voie du pigment de la bétalaïne a évolué puis, pendant le processus de reproduction, les gens ont modifié la voie de la tyrosine afin d'augmenter davantage le pigment. Mais ce n'était pas le cas, " dit Maeda. " En fait, cela s'est produit il y a longtemps. Et cela a fourni un tremplin évolutif vers l'évolution de cette nouvelle voie pigmentaire. »

Le point à retenir de cette étude, dit Maeda, est que la modification de la production de matières premières comme la tyrosine ouvre de nouvelles voies pour produire les composés variés et utiles qui font des plantes les premiers chimistes de la nature.

Pour un ancêtre inconnu des betteraves et des cactus, cette flexibilité dans les matières premières lui a permis de découvrir un nouveau type de rouge que le monde n'avait pas vu auparavant, celui qui est encore éclaboussé à travers le monde végétal aujourd'hui.