Francis Quétier, professeur émérite de l’Université d’Evry-Val-d’Essonne et chargé de mission recherche à Genopole, introduit le numéro du 30 avril 2019 de la revue Nature Plants en mettant en lumière une avancée scientifique notable. Elle ouvre la voie à une production biologique de composés d’intérêt (médicaments, ingrédients...) dans des plantes.

Dans le News & Views introduisant le numéro, le professeur attire l’attention sur les résultats publiés dans la revue par deux équipes scientifiques (Margarita Rojas et al., Qiguo Yo et al.). Les chercheurs ont mis au point un système d’ingénierie des cellules végétales qui multiplie par plus de 40 la quantité d’une protéine d’intérêt dans des feuilles de tabac et des tubercules de pomme de terre.

Bioproduire grâce aux plastes végétaux et au système PPR10

Les équipes ont utilisé des plastes végétaux, respectivement des chloroplastes et amyloplastes. Les chloroplastes assurent la photosynthèse et font des plantes les seuls organismes sur terre capables de produire de la matière organique à partir de CO2 atmosphérique, d’eau et de l’énergie du soleil. Les amyloplastes quant à eux assurent le stockage d’amidon, un sucre de réserve, dans les tubercules ou dans les grains des céréales. Ces organites disposent de leur propre génome et chaque cellule végétale peut en contenir plusieurs dizaines : un atout certain pour en faire des usines biologiques !

Photo ci-dessus : Cellules végétales et chloroplastes (en vert sur la photo)
Les cellules végétales ont des parois rigides qui leur confèrent une forme géométrique caractéristique. Chaque cellule renferme de nombreux chloroplastes. Leur couleur provient de leur richesse en chlorophylle, molécule capable d’absorber l’énergie solaire pour réaliser la photosynthèse.

Les chercheurs ont modifié le génome de plastes pour y intégrer le gène d’intérêt. L’innovation réside dans la modification supplémentaire, dans le noyau cellulaire, du gène codant pour la protéine PPR10 et de l’ajout dans le génome plastique du régulateur associé. Grâce à ce système, PPR10 bloque la dégradation des ARN messagers produits à partir du gène d’intérêt, augmentant ainsi leur traduction en protéines par la machinerie cellulaire.

Le taux de la protéine atteint 25% des protéines solubles totales pour le meilleur résultat sur le tabac et 1,3 % dans les tubercules de pomme de terre, ce qui représente respectivement 40 et 60 fois la teneur obtenue sans le système PPR10. Un progrès encourageant pour atteindre d’ici quelques années un rendement compatible avec une production industrielle.

« En tirant parti des propriétés originales des plastes végétaux, ce nouvel outil technologique est plus que prometteur pour participer à l’essor de la biologie de synthèse et au développement industriel de la bioproduction » souligne Francis Quétier. En tant qu’acteur majeur de la biologie de synthèse en France, Genopole se réjouit de cette avancée scientifique qui élargit les perspectives pour proposer des alternatives à la chimie de synthèse, peu polluantes et faiblement consommatrices d’énergie !

Références :
News & Views : Building biofactories with PPR10s. Nature Plants, volume 5, pages 453–454 (2019)
doi.org/10.1038/s41477-019-0426-8

Engineered PPR proteins as inducible switches to activate the expression of chloroplast transgenes. Nature Plants, volume 5, pages 505–511 (2019)
doi.org/10.1038/s41477-019-0412-1

Engineered RNA-binding protein for transgene activation in non-green plastids. Nature Plants, volume 5, pages 486–490 (2019).
doi.org/10.1038/s41477-019-0413-0