Les stilbènes sont les métabolites de défense majeurs de la vigne, qui sont également connus pour leurs nombreuses propriétés pharmacologiques. Tirant parti du récent séquençage du génome de la vigne, l’objectif de ce travail est de caractériser les familles de gènes impliqués dans la biosynthèse des stilbènes chez la vigne, et de préciser leur rôle dans les défenses contre le mildiou (Plasmopara viticola). La première étape de la biosynthèse des stilbènes est catalysée par la stilbène synthase (STS), pour former le resvératrol. L’analyse détaillée du génome de la vigne a permis d’identifier 48 gènes STS, dont 32 gènes potentiellement fonctionnels. La caractérisation fonctionnelle d’une sélection de gènes représentatifs de la diversité de la famille suggère que l’ensemble des 32 gènes STS code pour des protéines ayant réellement une activité stilbène synthase. L’analyse évolutive des gènes STS montre que la famille est très contrainte, sans trace de néo-fonctionnalisation. La famille des STS de la vigne représente donc un exemple unique d’une famille de plus de 30 gènes codant pour des protéines de fonction identique, et la signification biologique de cette expansion est discutée. Une seconde enzyme importante du métabolisme des stilbènes est la resvératrol O-méthyltransférase (ROMT). La ROMT est impliquée dans la méthylation du resvératrol pour former le ptérostilbène, un composé hautement fongitoxique qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de défenses de la vigne. Notre analyse de la famille ROMT montre qu’elle est constituée de 17 gènes, dont deux seulement (VvROMT1 et VvROMT2) semblent impliqués dans la synthèse de ptérostilbène. L’expression de ces deux gènes est induite suite à une infection par P. viticola au niveau des feuilles de vigne. Deux autres gènes de la famille, VvROMT12 et VvROMT13, sont exprimés constitutivement au niveau des racines, et ne semblent pas répondre au stress. Des analyses métabolomiques sur des plants de Nicotiana benthamiana transgéniques exprimant ces deux ROMT ainsi que des tests enzymatiques in vitro ont été réalisés afin de déterminer la fonction des gènes ROMT12 et 13. L’ensemble de ces résultats fait apparaître une amplification remarquable des gènes impliqués dans la synthèse des stilbènes chez la vigne et ouvrent la voie à l’étude détaillée de la régulation de cette voie importante du métabolisme de défense de la vigne. / Stilbenes are major defense metabolites in grapevine (Vitis vinifera), which are known for their many pharmacological properties. Taking advantage of the recent sequencing of the grapevine genome, the aim of this work is to characterize genes families involved in stilbene biosynthesis, in order to clarify the role of these defense compounds in the interaction with downy mildew (Plasmopara viticola). The first step of stilbene biosynthesis is catalyzed by stilbene synthase (STS), to yield resveratrol. Our annotation of the STS gene family identified 48 STS genes, including at least 32 potentially functional ones. This unusual expansion of the STS family is original, since it is not found in other stilbene-producing plants. Functional characterization of a selection of STS proteins indicates that all STS genes are likely to encode enzymes with STS activity. Evolutionary analysis of the STS gene family revealed that STS evolution is dominated by purifying selection, with no evidence for neofunctionalization. STS family then represents a unique example a family of more than 30 genes encoding proteins with identical function, and the biological significance of this amplification is discussed. A second important enzyme in stilbene metabolism is resveratrol O-methyltransferase (ROMT), involved in the methylation of resveratrol to yield pterostilbene. This highly fungitoxic compound is believed to play an important role in grapevine defense metabolism. Our analysis of the ROMT family identified 17 genes, two of them only (VvROMT1 and VvROMT2) being involved in pterostilbene biosynthesis. qPCR analyses have shown an induction of the expression of these two genes after an inoculation of P. viticola on grapevine leaves. Two others genes, VvROMT12 and VvROMT13, are constitutively expressed in grapevine roots, and do not seem to respond to stress. Metabolomic analysis on transgenic Nicotiana benthamiana plants expressing these two ROMT genes, together with in vitro enzymatic assays, have been performed in order to determine the function of ROMT12 and ROMT 13. All together, these results show a remarkable amplification of genes involved in stilbene biosynthesis in grapevine. This work paves the way for detailed analyses of the regulation of this important pathway of grapevine defense metabolism.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013STRAJ006 |
| Date | 10 January 2013 |
| Creators | Parage, Claire |
| Contributors | Strasbourg, Huguenet, Philippe |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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