Les saponines – des pesticides écologiques
Les plantes et les insectes interagissent depuis des millions d’années à travers les anciens mécanismes de défense spécialisés qui ont évolué pour contrer les stratégies d’alimentation des insectes. Les saponines font partie de ces composés de défense et comportent des propriétés semblables à des détergents qui peuvent perturber les membranes cellulaires des parasites herbivores et entraîner la mort des cellules. Malgré le potentiel prometteur des saponines en tant que biopesticides, nous n’avons que peu d’informations sur la toxicité de ses structures chimiques pour certains parasites. Le projet SSAR, financé par l’UE par l’intermédiaire d’une bourse individuelle Marie Skłodowska-Curie, a élucidé la relation entre la structure chimique et l’activité biologique des saponines. «Nous voulions identifier les meilleures structures chimiques des saponines à utiliser comme biopesticides», explique le professeur Søren Bak, coordinateur du projet. Aperçu de la voie biosynthétique de la saponine Pour commencer, les chercheurs de SSAR ont recouru à l’espèce sauvage Barbarea vulgaris, comme organisme modèle largement utilisé dans le domaine, afin d’étudier l’évolution et l’écologie des composés de défense des plantes. Ils ont sélectionné un certain nombre de gènes candidats et ont identifié ceux qui sont impliqués dans la voie biosynthétique de la saponine. En utilisant une méthodologie de pointe telle que la reconstitution de voies dans des feuilles de tabac, la production enzymatique in vitro et les tests d’alimentation des insectes, les scientifiques ont découvert qu’un cytochrome orthologue CYP72A entraînait un taux élevé de mortalité larvaire. Les chercheurs ont remarqué que les CYP72A modifient les saponines à un endroit précis, ce qui indique qu’une simple modification structurelle peut considérablement augmenter l’activité des saponines. Fait intéressant, l’analyse séquentielle a montré que ce CYP72A avait évolué au fil des duplications génétiques, après la scission ancestrale survenue entre les espèces Arabidopsis et Barbarea, et qu’il avait subi une forte pression sélective. Cette découverte accentue l’importance de la modification chimique dans l’évolution des mécanismes de défense des plantes et, comme le souligne le Dr Qing Liu, chercheur principal du projet: «Elle démontre que l’évolution des innovations chimiques par duplication et sélection génétiques est essentielle pour attribuer de nouvelles fonctions aux enzymes.» Les chercheurs sont parvenus à produire des saponines dans le tabac, une plante qui n’en produit pas naturellement, grâce à l’ingénierie métabolique des gènes de Barbarea identifiés. Ils ont ensuite évalué la fonction biologique des saponines générées. Enfin, en recourant à des tests biologiques d’alimentation et à différents insectes nuisibles herbivores, ils ont pu décoder une partie des relations structure-activité des saponines et fournir un aperçu du mécanisme de défense contre les insectes. «Au cours du projet SSAR, nous avons introduit un système rapide et puissant pour déterminer les relations structure-activité, en recourant à une expression transitoire de gènes biosynthétiques dans les feuilles de tabac pour produire des composés et des tests ultérieurs d’alimentation avec des insectes», souligne le professeur Bak. Cette approche est plus pertinente d’un point de vue physiologique étant donné que les composés testés sont produits et conservés au sein des feuilles, et non appliqués à leur surface. Elle est également plus rapide, car elle s’appuie sur l’expression transitoire des composés. Comparé à l’évaluation laborieuse traditionnelle des plantes transformées de manière stable, ce système transitoire nécessite moins d’une semaine entre l’inoculation des gènes et les biotests sur les insectes. L’impact de l’utilisation des saponines comme biopesticides Le projet SSAR a fourni de nouvelles connaissances sur les biopesticides à base de saponines ayant d’importantes applications industrielles. La plateforme générée pour produire des composés bioactifs à partir de plantes peut être appliquée de manière générique afin d’identifier de nouveaux biopesticides à utiliser comme alternatives aux produits agrochimiques actuels. D’un point de vue scientifique, l’identification des gènes impliqués dans la voie biosynthétique de la saponine permettra de créer et de développer des cultures dotées de capacités de défense adaptées, à base de saponines, pour lutter contre les parasites. Les découvertes de SSAR seront prochainement publiées dans une revue scientifique à comité de lecture et entraîneront, on l’espère, davantage de financement. En ce qui concerne l’avenir, le professeur Bak estime que la «découverte continue de nouveaux biopesticides aidera la société à répondre à son besoin d’une production alimentaire plus durable, et soutiendra la bioéconomie».
Mots‑clés
SSAR, saponine, biopesticide, CYP72A, relation structure-activité, test d’alimentation, Barbarea vulgaris, reconstitution de voie
