Alliaire officinale — métabolisme diversifié des glucosinolates : biosynthèse du cyanure d’hydrogène et de l’alliarinoside par rapport au métabolisme de la sinigrine
Source : Front Plant Sci 2015 — DOI 10.3389/fpls.2015.00926 — PMCID PMC4628127 — texte intégral
Objectif
Alliaria petiolata (alliaire officinale, Brassicaceae) contient à la fois le glucosinolate sinigrine et l’alliarinoside, un γ-hydroxynitrile glucoside structurellement apparenté aux glucosides cyanogènes. La sinigrine défendrait la plante contre un large éventail d’ennemis, tandis que l’alliarinoside confère une résistance aux herbivores spécialisés (adaptés aux glucosinolates). Or hydroxynitriles glucosides et glucosinolates sont deux classes de métabolites spécialisés qui, en règle générale, ne coexistent pas dans une même espèce végétale ; l’alliaire est l’une des rares exceptions connues. L’étude visait à élucider l’origine biosynthétique de l’alliarinoside et du cyanure d’hydrogène (HCN) chez cette plante.
Méthodes
Administration de [UL-14C]-méthionine (et de [UL-14C]-aspartate) à des feuilles excisées d’alliaire par le pétiole, puis analyse des produits radiomarqués par chromatographie sur couche mince (CCM). Profilage métabolique par LC-MS pour rechercher d’éventuels glucosides cyanogènes. Essais d’activité enzymatique sur homogénats foliaires, microsomes dialysés et fractions protéiques solubles, avec divers cofacteurs (NADPH, 2-oxoglutarate, ascorbate, fer ferreux, catalase) ; suivi des substrats et produits par GC-MS et SPME-GC-MS après dérivation. Détection du HCN par diffusion dans un piège alcalin puis dosage colorimétrique (réaction de König modifiée et papier de Feigl-Anger). Comparaison avec Brassica juncea (avec sinigrine) et Arabidopsis thaliana Col-0 (sans sinigrine).
Résultats
- Alliarinoside dérivé de la méthionine. L’administration de [UL-14C]-méthionine a fortement marqué à la fois l’alliarinoside et la sinigrine, confirmant la méthionine comme précurseur aminé de l’alliarinoside. L’incorporation via la méthionine a été confirmée par la baisse de marquage en présence de propargylglycine (inhibiteur de la formation de méthionine à partir de l’aspartate).
- La voie proposée antérieurement est incorrecte. Contrairement au schéma général de biosynthèse des hydroxynitriles glucosides, la voie de l’alliarinoside ne bifurque PAS de celle de la sinigrine au niveau de l’oxime (4-(méthylthio)butanal oxime). Les intermédiaires attendus n’ont pas été détectés en GC-MS, à l’exception de l’aglycone de l’alliarinoside, le (Z)-4-hydroxy-2-buténenitrile, présent en grande quantité (avec des traces de l’isomère E).
- L’aglycone de l’alliarinoside provient du métabolisme de la sinigrine. L’ajout de sinigrine à l’homogénat foliaire a augmenté significativement la teneur en (Z)-4-hydroxy-2-buténenitrile (test t apparié unilatéral sur données log-transformées, P = 0,0325), sans hausse significative de l’isomère E. La récupération stœchiométrique de la sinigrine ajoutée sous forme d’aglycone était très variable (0,6 à 33 %). La dégradation de la sinigrine a aussi produit l’isothiocyanate d’allyle, le thiocyanate d’allyle, le 3,4-épithiobutanenitrile et le 3-buténenitrile. Le 3,4-épithiobutanenitrile et le 3-buténenitrile sont, structurellement, les précurseurs les plus plausibles de l’aglycone, mais la voie exacte reste à élucider. Une activité nitrilase (conversion du 3-buténenitrile en acide 3-buténoïque) a aussi été observée.
- Pas de glucosides cyanogènes ; HCN issu des thiocyanates. Le profilage LC-MS n’a fourni aucun indice de présence de glucosides cyanogènes. L’alliaire libère néanmoins du HCN, à faible potentiel (0,4 ± 0,02 nmol/mg poids frais dans les jeunes feuilles en rosette). Cette libération diffusible de HCN est augmentée significativement par l’ajout de sinigrine, de thiocyanate de benzyle ou de KSCN, mais pas par l’alliarinoside, l’isothiocyanate ni le 3-buténenitrile ; elle exige la présence d’enzymes de l’alliaire (réaction enzymatique). Le HCN provient donc de la sinigrine via le thiocyanate d’allyle (et, potentiellement, du thiocyanate inorganique issu des glucosinolates indoliques). Ce trait n’est pas commun aux Brassicaceae : ni A. thaliana Col-0 ni B. juncea ne donnent de réponse HCN à partir du KSCN. Il est cohérent avec la présence de la protéine formant le thiocyanate ApTFP1, identifiée chez l’alliaire.
Conclusion
Chez l’alliaire, le métabolisme de la sinigrine est remarquablement diversifié : il conduit à la formation de l’alliarinoside (hydroxynitrile glucoside, seul connu dérivé de la méthionine) et à un large éventail de produits de dégradation (isothiocyanate, épithionitrile, nitrile simple, thiocyanate), ainsi qu’à la libération de HCN à partir des thiocyanates. La voie de l’alliarinoside, apparemment issue de la dégradation de la sinigrine, résulterait d’une évolution convergente, distincte des voies classiques des hydroxynitriles glucosides (Sorghum, Manihot, Lotus). La biosynthèse du HCN et de l’alliarinoside à partir de produits inhabituels de la sinigrine constituerait une « troisième ligne de défense », reposant sur trois innovations successives : glucosinolates, protéine formant le thiocyanate, puis la biosynthèse encore mal connue menant aux thiocyanates/HCN et à l’alliarinoside. Les faibles quantités et la lenteur de libération du HCN rendent peu probable un effet allélopathique ou dissuasif majeur dans les feuilles lésées.