Study of the biosynthesis pathway of phlorotannins in brown algae, toward biochemical characterization of recombinant enzymes and study of ecophysiological responses

Les phlorotannins, polymères du phloroglucinol, sont des composés phénoliques (CP) uniquement retrouvés chez les algues brunes (Phéophycées). Ces métabolites présentant des activités anti-oxydantes, interviendraient dans la formation de la paroi, mais à ce jour leur voie de biosynthèse reste non élucidée. L'annotation du génome de l'algue brune Ectocarpus, a permis d'identifier des gènes homologues codant pour des enzymes de la biosynthèse des CP chez les plantes terrestres. Une polyketide synthase de type III (PKSIII), a été caractérisée: elle synthétise le phloroglucinol. La recherche d'autres cibles a été poursuivie sur des gènes codant pour des chalcone-isomérases-like (CHIL), ainsi que pour des phénol-sulfotransférases homologues d'enzymes de sulfatation des flavonoïdes. Les CHIL se sont révélées être des fatty acid binding protein (FAP) impliquées dans le métabolisme des acides gras. L'intérêt pour cette nouvelle famille a justifié leur caractérisation biochimique puis fonctionnelle par complémentation de mutants FAP d'Arabidopsis thaliana. L'élucidation progressive des voies de biosynthèse des phlorotannins a servi de base pour étudier les mécanismes de régulation de ce métabolisme chez les Phaeophycées. En combinant des approches intégrées d'expression de gènes cibles, de dosages et de profilages de phlorotannins solubles, nous avons pu montrer que ces composés assurent une protection constitutive chez Fucus vesiculosus en réponse aux UV-B, et que leur métabolisme serait induit très précocement au cours de l'herbivorie. Le développement d'outils moléculaires spécifiques de ces voies métaboliques, ouvre de nouvelles perspectives en écophysiologie et en écologie.Phlorotannins are polymers of phloroglucinol that are specific phenolic compounds of brown algae (Phaeophyceae). These metabolites present antioxidant activities and are potentially involved in the formation of cell-walls but their biosynthetic pathway is currently uncharacterized. The genome annotation of the brown algae Ectocarpus provided some information about conserved genes which are implicated in the synthesis of phenolics in terrestrial plants. One polyketide synthase of type III (PKSIII) has been successfully characterized: it produces phloroglucinol. The search for other targets has been pursued in brown algae focusing mainly on chalcone isomerase-like (CHI-like) genes, as well as on phenol-sulfotransferases, which are implicated in the sulfation of flavonoids. The characterization of CHIL has revealed their implication in fatty acid binding (FAP). However, the level of interest for this new family has led to their biochemical characterization and to functional studies by complementation of gene in the Arabidopsis thaliana FAP mutant. The progressive elucidation of the phlorotannin biosynthesis pathway has been used in order to discover mechanisms which regulate this metabolism in brown algae. By combining integrated approaches of gene expression profiling with the quantification and profiling of soluble phlorotannins, we have shown that these metabolites ensure the constitutive protection in Fucus vesiculosus against UV-B radiation and could also be induced as a very early response to grazing. The development of specific molecular tools for this metabolic pathway opens some news perspectives in ecophysiological and ecological studies