Collection de glycosyltransférases du JBEI : une nouvelle ressource pour la recherche sur les biocarburants

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La recherche dans le domaine des bioénergies constitue une priorité pour le gouvernement américain depuis le début des années 2000. Trois centres de recherche spécialisés dans ce domaine sont financés depuis 2007, regroupant de nombreuses équipes pluridisciplinaires de scientifiques et d’ingénieurs. Le Joint BioEnergy Institute (JBEI), près de San Francisco en Californie, vient d’annoncer la création d’une collection de glycosyltransférases, enzymes peu connues impliquées dans les processus de croissance et de développement des plantes. La cellulose créée par ces enzymes est le substrat nécessaire pour la production de biocarburant liquide, notamment le bioéthanol. La mise à disposition à la communauté scientifique internationale de cette collection doit permettre de multiplier les travaux de recherche sur ces enzymes.


Crédits : leungchopan


Le Joint BioEnergy Institute

Le Joint BioEnergy Institute (JBEI, localisé à Emeryville en Californie, est l’un des trois Centres de Recherche en Bioénergie (CRB) du Département américain de l’énergie (US Department of Energy - DOE). Ces centres ont été mis en place par le Bureau des Sciences du DOE en 2007, suite à un concours national afin d’accélérer les avancées de la recherche fondamentale pour le développement de la prochaine génération des biocarburants de pointe.

Le JBEI a été financé à hauteur de 125 millions de dollars pour sa première période de cinq ans, de 2008 à 2013. En réponse aux conclusions positives d’une évaluation des performances du JBEI par le milieu scientifique, le DOE a annoncé en avril 2013 le renouvellement pour cinq ans de son financement à hauteur de 25 millions de dollars par an jusqu’en 2017 [1].

Les deux autres CRB sont le Centre de Recherche en BioEnergie (CRBE), dirigé par le Laboratoire National de Oak Ridge, et le Centre de Recherche en Bioénergie des Grands Lacs (GLBRC), dirigé par l’Université de Wisconsin-Madison en partenariat avec l’Université d’Etat du Michigan. En cinq années de fonctionnement, les trois CRB ont publiés plus de 1100 publications ayant fait l’objet d’un examen par les pairs et plus de 400 déclarations d’invention et/ou demandes de brevet.

Au sein du JBEI, les chercheurs disposent d’équipements de pointes nécessaires aux travaux de recherche en biologie moléculaire, génie chimique, technologies informatiques et robotiques, de manière à réaliser un travail novateur dans la biologie synthétique pour transformer les sucres (glycanes et glycosides) de la biomasse ligno-cellulosique en combustibles riches en énergie.

Cette biomasse ligno-cellulosique, ou fibre végétale non alimentaire, est la matière organique la plus abondante sur terre. La conversion de la biomasse en carburant constitue donc un défi environnemental, économique et scientifique aux portées considérables. L’objectif de la recherche est de fournir des carburants propres et renouvelables pour le transport, de qualité identique à l’essence et au diesel.

Les glycosyltransférases

Les glycosyltransférases (GT) sont une famille importante, de grande diversité fonctionnelle, d’enzymes impliquées dans la biosynthèse des glycanes et glycosides. Ces enzymes catalysent le transfert de sucres monosaccharides vers des molécules accepteurs plus complexes (généralement alcool ou amine) dans la cellule végétale. Le produit de cette réaction peut être un oligosaccharide ou un polysaccharide, molécules complexes essentielles à un large éventail de structures et de processus cellulaires végétaux, en particulier aux matières ligno-cellulosiques.

Les plantes ont développé un grand nombre de GT, regroupées en plus de 90 familles [2]. La nature chimique de ces enzymes est telle que les fonctions spécifiques de la plupart des GT ne sont pas connues, bien qu’impliquées dans les séries de réactions de glycosylation (production de matières) qui se produisent au cours du développement et de la croissance des végétaux. Or, c’est la biomasse qui constitue la matière première pour le développement des biocarburants.

La quantité et la qualité de matière conditionnent la transformation de la biomasse en biocarburants. A titre d’exemple, un stress hydrique subit par une plante impacte négativement sa croissance et modifie la qualité de ses tissus. Préciser le rôle de la paroi cellulaire dans l’adaptation et la résistance à un tel stress, afin notamment d’anticiper ses effets sur la mise en place de la paroi, constitue un exemple concret de la recherche actuelle en biologie végétale [3], car les connaissances relatives à la modification de structure, et donc de qualité, de la paroi, où sont impliquées les GT, sont limitées.

Ce manque de connaissance sur les mécanismes de croissance impliquant les GT constitue donc un obstacle à franchir pour la recherche en bioénergie, où un des objectifs à moyen/long-terme est de modifier la biomasse végétale pour obtenir des rendements maximaux lors de la transformation en carburant.

La collection de glycosyltransférase du JBEI

Pour résoudre ce problème, et accélérer à la fois la manipulation et notre compréhension de la matière ligno-cellulosique par le biais de la biosynthèse de la paroi cellulaire, le JBEI cherché à créer une collection de toutes les glycosyltransférases de deux plantes de référence : l’arabette de Thalius (Arabidopsis thaliana, dicotylédones) et le riz (monocotylédones). Ces deux plantes sont des organismes modèles utilisés en biologie végétale et biologie fondamentale : l’arabette est la plante de référence pour des espèces ligneuses, comme le peuplier, arbre utilisé fréquemment dans la recherche végétale, et le riz est le champ d’expérimentation de référence pour les graminées.

L’équipe de chercheurs du JBEI, dirigée par Joshua Heazlewood, directeur du programme de biologie des systèmes végétaux du JBEI, a donc cloné et validé par séquençage une banque de clones composé de 403 GT d’arabette (représentent environ 88% des GT définies de l’arabette) et 96 GT de riz (ne représentant que 15% des GT définies pour le riz). Les chercheurs du JBEI travaillent actuellement à étendre cette banque de clones.

La collection est à la disposition de la communauté scientifique travaillant dans le domaine de la recherche végétale dans l’objectif d’améliorer la compréhension du fonctionnement des GT et de permettre à plus long terme la manipulation des parois cellulaires.

Utilisation des collections de clones dans la recherche américaine

La collection du JBEI, outre sa publication dans The Plant Journal [4], sera disponible à l’achat dans des centres de ressources biologiques, ces structures privées ou publiques qui commercialisent toutes sortes de "substrat" pour la recherche biologique (cellules, enzymes, virus, acides nucléiques, mais également semences, champignons, etc.).

L’achat de ressources biologiques certifiées augmente considérablement la rapidité et la portée de la recherche sur ces mêmes ressources. Le marché est donc porteur, à l’heure où le nombre de publications d’un laboratoire est un facteur de visibilité important. Plusieurs acteurs majeurs s’affrontent sur le marché américain, et la duplicité privé-publique est bien présente.

La multiplicité des domaines de recherche, de même que les financements publics qui accompagnent les laboratoires nationaux, promettent de beaux jours à ces initiatives.

Sources :


- [1] Article - Department of Energy Renews Joint BioEnergy Institute for Another Five Years - Bekerley Lab - Avril 2013 - http://newscenter.lbl.gov/2013/04/04/doe-renews-jbei/
- [2] Article - Glycotransférases - Wikipedia - http://fr.wikipedia.org/wiki/Glycosyltransf%C3%A9rase
- [3] Article - Nouvelles informations sur l’effet d’un stress hydrique sur la paroi cellulaire - ANR - Edition 2012 - http://www.agence-nationale-recherche.fr/projet-anr/?tx_lwmsuivibilan_pi2%5BCODE%5D=ANR-12-ADAP-0011
- [4] Ressource - The plant glycosyltransferase clone collection for functional genomics - The Plant Journal - August 2014 - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.12577/abstract

Pour en savoir plus, contacts :


- Ressource - The plant glycosyltransferase clone collection for functional genomics - The Plant Journal - August 2014 - http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/tpj.12577/abstract
- Site internet du JBEI : http://www.jbei.org/
Code brève
ADIT : 76650

Rédacteurs :


- Simon RITZ, simon.ritz@ambascience-usa.org ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….