L’isobutylthiazole est un composé volatil à l’arôme de verdure important pour la flaveur de la tomate. D’après sa structure moléculaire, il serait synthétisé à partir d’un composé azoté issu de la leucine et d’un composé soufré issu de la cystéine. Cependant, cette hypothèse n’a pas été confirmée et la voie de synthèse de l’isobutylthiazole reste méconnue. Ce projet avait donc pour objectif d’apporter de nouvelles connaissances sur le sentier du composé volatil. Un locus de 5 Mb sur le chromosome 4 a été ciblé pour son impact sur la production de l’isobutylthiazole. Une cartographie de précision a permis de réduire ce QTL à une région de 25 kb permettant ainsi d’identifier un gène candidat, appelé isobutylthiazole synthase 1(IBST1). Le gène IBTS1 code pour une protéine de la famille des pathogénesis-related 10 (PR10), qui sont connues pour jouer des rôles divers chez les végétaux. La fonction du gène IBTS1 dans la synthèse de l’isobutylthiazole a été confirmée par transgénèse. L’ajout de précurseurs potentiels dans la tomate et dans les feuilles de N. benthamania agroinfiltrées a par la suite apporté des connaissances sur le sentier métabolique. Les composés azotés issus de la leucine ne permettent pas la synthèse de l’isobutylthiazole contrairement à certains composés non azotés issus du même acide aminé. Un enrichissement en leucine et en cystéine marqués a par ailleurs permis de confirmer que ces derniers sont les précurseurs de l’isobutylthiazole et que l’azote provient de la cystéine et non de la leucine. Un composé issu de la condensation entre l’isovaleraldéhyde, un composé non-azoté dérivé de la leucine, et la cystéine a été identifié dans la tomate, l’acide isobutylthiazolidine-4-carboxylique. Un enrichissement en acide isobutylthiazolidine-4-carboxylique a été réalisé dans les feuilles de N. benthamania exprimant IBTS1 et FMO, une Flavin monooxygénase responsable de la synthèse des composés azotés volatils chez la tomate. La combinaison des deux protéines avec le substrat a permis la production d’isobutylthiazole et des autres composés azotés volatils issus de la leucine. Cette étude a donc permis d’identifier un gène responsable de la synthèse de l’isobutylthiazole dans la tomate et d’améliorer les connaissances sur le sentier des composés volatils azotés issus de la leucine. / Isobutylthiazole, which has a green aroma, is an important volatile in tomato that contributes positively to the flavor of the fruits. The biosynthetic pathway of this compound is still largely unknown. The most logical hypothesis is that isobutylthiazole results from the combination of a nitrogenous compound derived from leucine and a sulfurous compound derived from cysteine. This thesis goal was to verify this hypothesis and to improve our knowledge of the isobutylthiazole metabolic pathway. A locus of 5Mb on chromosome 4 was targeted for its high impact on the production of isobutylthiazole. Fine mapping allowed defining the locus to a smaller region of 25 kilobases containing only a single gene expressed in the fruit. The gene was named isobutylthiazole synthase 1 (IBTS1) and codes for a small protein belonging to the PR-10 group (Pathogenesis-related), a family of proteins with diverse functions. The role of IBTS1 in isobutylthiazole synthesis was confirmed by overexpressing and silencing the gene. Feeding experiments further allowed the identification of potential precursors in the metabolic pathway. Nitrogenous compounds derived from leucine did not result in higher isobutylthiazole, in contrast to the non-nitrogenous leucine-derived compounds. Labelled amino acid feeding experiment confirmed that leucine and cysteine are precursors of isobutylthiazole, and that nitrogen comes from cysteine instead of the leucine. A compound resulting from the condensation of isovaleraldehyde (leucine-derived) and cysteine was identified in tomato, isobutylthiazolidine-4-carboxylic acid. Feeding of isobutylthiazolidine-4-carboxylic acid was realized in agroinfiltrated N. benthamania leaves expressing IBTS1 and FMO, a flavin monooxygenase responsible for the synthesis of nitrogenous volatiles compounds in tomato. The combination of FMO, IBTS1 and the compound resulted in the production of isobutylthiazole and the other nitrogenous volatiles derived from leucine (isovaleronitrile, 3-methylbutanal oxime, 1-nitro-3-methylbutane). This study allowed to identify a new gene involved in the synthesis of isobutylthiazole and to expand knowledge of the synthesis of nitrogenous volatiles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LAVAL/oai:corpus.ulaval.ca:20.500.11794/68240 |
| Date | 02 February 2024 |
| Creators | Ghironzi, Jérémie |
| Contributors | Goulet, Charles |
| Source Sets | Université Laval |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | mémoire de maîtrise, COAR1_1::Texte::Thèse::Mémoire de maîtrise |
| Format | 1 ressource en ligne (xi, 76 pages), application/pdf |
| Rights | http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 |
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