Transcriptome profiling of khat (Catha edulis) and Ephedra sinica reveals gene candidates potentially involved in amphetamine-type alkaloid biosynthesis.

Groves, R.A., Hagel, J.M., Zhang, Y., Kilpatrick, K.G., Levy, A., Marsolais, F., Lewinsohn, E., Sensen, C.W., et Facchini, P.J. (2015). « Transcriptome profiling of khat (Catha edulis) and Ephedra sinica reveals gene candidates potentially involved in amphetamine-type alkaloid biosynthesis. », PLoS ONE, 10(3: e0119701), p. 21 pages. doi : 10.1371/journal.pone.0119701  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Certains analogues des amphétamines sont produits par des plantes du genre Ephedra et par le khât (Catha edulis). Ces substances comprennent les décongestionnants et les coupe-faim largement répandus que sont la (1S,2S)-pseudoéphédrine et la (1R,2S)-éphédrine. La production de ces métabolites, dérivés de la L-phénylalanine, repose sur une voie à plusieurs étapes qui est en partie connue sur le plan biochimique grâce aux données recueillies sur le métabolisme de l’acide benzoïque chez d’autres espèces végétales et aux preuves directes découlant de l’utilisation de systèmes modèles fondés sur le khât et des espèces du genre Ephedra. Malgré l’importance commerciale des alcaloïdes de type amphétamine, une seule étape de leur biosynthèse a été caractérisée à l’échelle moléculaire. Nous avons employé la technologie de séquençage de nouvelle génération Illumina, combinée aux plateformes d’assemblage Trinity et Velvet-Oases, afin d’établir des cadres d’exploration de données pour l’Ephedra sinica et le khât. Des banques de séquences représentant 200 000 unigènes ont été soumises à un pipeline d’annotation reposant sur des recherches directes dans des bases de données publiques. Les annotations comprenaient l’assignation de termes GO (Gene Ontology) servant à attribuer des unigènes à des catégories fonctionnelles. Dans le cadre de notre programme de génomique fonctionnelle visant la découverte de gènes, les bases de données ont été scrutées à la recherche d’enzymes pouvant intervenir dans la biosynthèse des alcaloïdes. L’exploration des données a notamment porté sur des enzymes jouant un rôle connu dans le métabolisme de l’acide benzoïque de même que sur des enzymes catalysant des réactions semblables à celles prédites pour le métabolisme des alcaloïdes de type amphétamine. Les gènes candidats ont été évalués en fonction des relations phylogénétiques, des données d’expression FPKM et de considérations d’ordre mécaniste. L’établissement de ressources considérables sur les séquences est une étape essentielle pour la caractérisation de la voie de biosynthèse, qui constitue un objectif important pour les milieux universitaires et industriels.

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