Les scientifiques de l'Université Purdue, Natalia Dudareva et Joseph Lynch, ont cherché un moyen d'augmenter la production de phénylalanine d'une plante, un composé important pour la survie des plantes et utilisé par l'homme dans les arômes, parfums, biocarburants, insecticides et produits pharmaceutiques. Leurs travaux ont conduit à la découverte l'année dernière d'une voie métabolique auparavant inconnue qui, selon eux, pourrait être conçue pour permettre aux plantes de produire plus de phénylalanine qu'elles ne le font par elles-mêmes.

Une modification génétique qui aurait dû augmenter la production de phénylalanine a conduit à une réduction inattendue du composé. Ce revers, cependant, a mis en évidence un lien caché entre la biosynthèse de la phénylalanine et l'hormone végétale auxine, qui a des implications non seulement pour le métabolisme des acides aminés, mais aussi notre compréhension de la croissance et du développement.

"Pendant de nombreuses années, nous ne savions pas comment les fluctuations à travers ces voies étaient régulées et interconnectées avec les hormones végétales et d'autres composés, " dit Dudareva, un éminent professeur de biochimie et membre du Centre de biologie végétale de Purdue, dont les conclusions ont été publiées dans Nature Chimie Biologie . "Nous avons trouvé une diaphonie avec l'auxine, ce qui peut expliquer pourquoi les plantes n'utilisent pas cette deuxième voie et créent de plus grandes quantités de phénylalanine."

Les plantes utilisent la phénylalanine comme éléments constitutifs des composés pour attirer les pollinisateurs, pour la défense, la reproduction, la croissance et le développement. Bien que suffisant à ces fins, les quantités sont faibles pour les usages humains.

La production de phénylalanine se produit principalement dans les plastes, les petits organites tels que les chloroplastes. Mais Dudareva, Lyncher, qui est un chercheur de Purdue, et l'étudiant diplômé Yichun Qian a découvert que les plantes peuvent également produire de la phénylalanine dans le cytoplasme et peuvent être capables d'en produire de plus grandes quantités.

Les scientifiques ont fait pousser des pétunias à maturité, puis induit la production d'une enzyme qui augmenterait la production de phénylalanine dans le cytosol.

"Cela a fonctionné à merveille. Nous avons multiplié par trois la synthèse de phénylalanine, " a déclaré Lynch.

Ensuite, ils ont intégré un gène dans le génome du pétunia qui augmenterait la production de la même enzyme, qui aurait dû donner des résultats similaires. Au lieu, la production de phénylalanine a légèrement augmenté dans le cytosol, mais a chuté de manière significative dans les plastes. Cela a conduit à une diminution globale de la production de phénylalanine.

C'est parce que la phénylalanine et l'auxine, une hormone végétale nécessaire à la croissance des plantes, peut utiliser un composé appelé phénylpyruvate comme substrat pour la biosynthèse. En produisant plus de phénylalanine dans le cytosol, le phénylpyruvate a augmenté dans ce compartiment et a créé plus d'auxine.

De légères variations dans les hormones végétales peuvent causer des problèmes de développement importants. Dans ce cas, l'augmentation de l'auxine a conduit à la production de moins de plastes et à une baisse de la production de phénylalanine.

"Notre stratégie pour créer plus de phénylalanine ne fonctionnera pas. Nous sommes en quelque sorte dans une impasse à cause de la diaphonie inattendue avec l'auxine, " Lynch a déclaré. "Nous continuerons d'essayer d'augmenter la phénylalanine, mais nous allons travailler sur la voie des plastes et essayer de surmonter les goulots d'étranglement qui limitent la production là-bas. »

Dudareva a déclaré que les résultats montrent non seulement comment la phénylalanine et l'auxine sont liées, mais proposez une suggestion sur la raison pour laquelle les plantes ont la voie cytosolique la moins souvent utilisée.

Les plantes produisent probablement suffisamment de phénylalanine par le biais de la voie des plastes étroitement régulée et n'en produisent pas plus afin de ne pas perturber l'équilibre de l'auxine. Mais quand une plante est blessée et a besoin de plus de phénylalanine pour se défendre ou pour guérir, la voie cytosolique peut se mettre en marche pour fournir ce qui est nécessaire.

"Il semble que la voie soit utilisée par les plantes comme première réponse au stress ou aux dommages, " a déclaré Dudareva. "C'est important à savoir car au départ, il n'était pas clair si les plantes utilisaient cette voie pour la biosynthèse de la phénylalanine."