Des scientifiques introduisent les flavonols de camélia dans la chair des fruits pour en faire des tomates dorées
Des scientifiques ont décodé la machinerie génétique à l'origine des pétales dorés du Camellia nitidissima et ont transféré avec succès cette caractéristique dans des plants de tomates afin d'en améliorer la valeur nutritionnelle. En identifiant les principaux flavonols responsables de la pigmentation jaune de la fleur, les chercheurs ont mis en évidence cinq gènes essentiels impliqués dans leur biosynthèse. Ces gènes ont ensuite été introduits dans des plants de tomates à l'aide d'une approche de biologie synthétique multigénique. Les tomates modifiées ont développé une chair jaune d'or enrichie de flavonols bénéfiques pour la santé, des composés connus pour leurs propriétés antioxydantes. Cette avancée permet non seulement de lever le voile sur un mystère de longue date concernant la pigmentation des plantes, mais elle ouvre également de nouvelles voies pour améliorer les effets bénéfiques sur la santé des cultures fruitières courantes.
Le camélia doré, réputé pour ses fleurs d'un jaune rare et éclatant, captive depuis longtemps les horticulteurs. Alors que la plupart des espèces de camélias produisent des fleurs rouges ou blanches, C. nitidissima se distingue par sa teinte dorée saisissante. Cependant, les pigments exacts responsables de cette coloration sont restés un sujet de débat, les flavonoïdes et les caroténoïdes ayant été proposés comme candidats. Parallèlement, les tomates, bien que riches en caroténoïdes comme le lycopène, ne contiennent que des traces de flavonols dans leur chair comestible. Étant donné la biodisponibilité supérieure et la force antioxydante des flavonols tels que la quercétine, les scientifiques ont cherché des moyens d'enrichir ces composés dans les cultures fruitières. Ces défis ont incité l'équipe à explorer les voies métaboliques uniques du camélia en vue d'une éventuelle application inter-espèces.
Dans une étude publiée le 7 novembre 2024 dans Horticulture Research, des chercheurs de l'Université de Zhejiang, de l'Académie chinoise de foresterie et de l'Université de Westlake ont reconstitué la voie de biosynthèse des flavonols de C. nitidissima dans les tomates. L'équipe a identifié les dérivés de la quercétine comme des pigments clés dans les fleurs jaunes de Camélia et a isolé cinq gènes responsables de leur production. Ces gènes ont ensuite été introduits dans des plants de tomates par le biais de deux stratégies de biologie synthétique, ce qui a permis d'obtenir des fruits à la chair jaune vif et à la teneur en flavonol significativement élevée.
En établissant le profil de 23 espèces de camélias dorés, les chercheurs ont confirmé que la quercétine 3-O-glucoside et 7-O-glucoside sont les principaux pigments à l'origine de la couleur dorée. En utilisant la transcriptomique à double plateforme et l'analyse de la coexpression des gènes, ils ont identifié cinq gènes clés : CnCHS, CnF3'H, CnFLS1, CnUFGT14 et un facteur de transcription MYB. L'enzyme CnFLS1 a démontré une efficacité catalytique exceptionnelle dans la production de quercétine. Ces gènes ont été exprimés dans Nicotiana benthamiana et transformés de manière stable dans la tomate, ce qui a permis d'obtenir deux séries de lignées transgéniques. Le modèle d'activation précoce s'est avéré le plus efficace, produisant des fruits de tomate avec non seulement des niveaux accrus de dérivés de quercétine, mais aussi des flavonols spécifiques de Camellia comme le camélaside A et C. Ces composés ont considérablement renforcé la capacité antioxydante des fruits, ce qui est prometteur pour la sélection axée sur la santé.
"Ce projet jette un pont entre la biologie des plantes ornementales et l'amélioration des cultures vivrières", a déclaré le professeur Pengxiang Fan, auteur correspondant de l'étude. "En transférant la voie pigmentaire du caméliadans la tomate, nous avons montré comment la biologie synthétique peut être utilisée pour réveiller un potentiel métabolique caché et apporter des avantages nutritionnels. Ces tomates n'ont pas seulement un aspect différent, elles contiennent des composés qui ont de réelles propriétés bénéfiques pour la santé".
Le succès de cette reconstruction métabolique marque une avancée significative dans le domaine de la biologie synthétique végétale. Au-delà des changements esthétiques, les tomates enrichies en flavonols ont une activité antioxydante accrue, ce qui pourrait améliorer leur durée de conservation et leurs effets bénéfiques sur la santé. Ces résultats soulignent l'intérêt d'exploiter des espèces végétales rares à la recherche de composés bioactifs et de les appliquer à des cultures de base. À mesure que les outils de biologie synthétique s'affinent, cette approche pourrait transformer le développement des aliments fonctionnels et créer de nouvelles possibilités pour une agriculture axée sur la nutrition.
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Publication originale
Lina Jiang, Leiqin Han, Wenxuan Zhang, Yifei Gao, Xiaoyan Xu, Jia Chen, Shan Feng, Zhengqi Fan, Jiyuan Li, Xinlei Li, Hengfu Yin, Pengxiang Fan; "Elucidation of the key flavonol biosynthetic pathway in golden Camellia and its application in genetic modification of tomato fruit metabolism"; Horticulture Research, Volume 12, 2024-11-7
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