Etude du déterminisme génétique des différences de teneurs et de profils en isoflavones dans la graine de soja (Glycine max L. Merrill)

Abstract

La graine de soja contient de grandes quantités d'isoflavones (génistéine, daidzéine et glycitéine). En raison de leurs propriétés phytoestrogéniques, ces composés peuvent avoir des effets bénéfiques sur la santé humaine, mais ils peuvent aussi être perçus comme perturbateurs endocriniens, en particulier dans les laits pour nourrissons. La teneur et la composition en isoflavones de la graine diffèrent selon la fraction considérée. Les cotylédons contiennent de la génistéine et de la daidzéine, tandis que les germes, avec une teneur quatre à dix fois supérieure, contiennent majoritairement de la daidzéine et de la glycitéine. Le génotype influence fortement la teneur en isoflavones totales. Le déterminisme du pourcentage des isoflavones est essentiellement génétique. Ce travail porte sur l'étude du déterminisme génétique à l'origine des variations de teneurs et de compositions en isoflavones dans les germes et les cotylédons de la graine, en tenant compte également du net décalage de l'accumulation entre ces deux compartiments, au cours du développement de la graine. Dans un premier temps, les gènes des isoflavone synthases (IFS) de variétés très différenciées pour leurs teneurs et profils d'isoflavones ont été séquencés, puis les expressions des gènes clefs de la biosynthèse (neuf chalcone synthases (CHS), une chalcone réductase (CHR), quatre chalcone isomérases (CHI) et les deux isoflavone synthases (IFS) ont été suivies par RT-PCR quantitative dans les cotylédons et dans les germes, à trois stades critiques du développement de la graine (25, 40 et 60 jours après floraison). La seconde partie de ce travail a été consacrée à l'étude de l'expression de différents gènes candidats de la flavonoïde 6-hydroxylase (F6H) catalysant la première étape de la synthèse de la glycitéine. Le polymorphisme des séquences génomiques IFS1 et IFS2 des isoflavone synthases n'a pas montré de lien avec les différences de teneurs en isoflavones entre les variétés. L'activité transcriptionnelle des gènes de biosynthèse des isoflavones souligne l'existence d'une régulation bien distincte de cette synthèse dans ces deux compartiments. Les taux d'expression des gènes cibles ne sont pas toujours reliés avec les différences de teneurs ou de profils dans les germes et les cotylédons, suggérant ainsi l'effet prépondérant des régulations post-traductionnelles, notamment dans la formation du complexe multienzymatique de biosynthèse de ces composés. Nous avons aussi mis en évidence une forte expression du gène CHS9 codant pour la chalcone synthase 9, avec un profil correspondant plus à l'accumulation des isoflavones dans le germe que dans les cotylédons. Les gènes CHS7 et CHS8 codant pour les chalcone synthases 7 et 8, déjà signalés comme fortement corrélés à la synthèse des isoflavones, sont plus liés à l'accumulation dans les cotylédons que dans les germes. Ces travaux montrent aussi que le gène F6H signalé dans la littérature ne s'exprime pas dans les germes. En revanche, deux candidats dont la séquence est similaire à 79% ont été étudiés. Le gène F6H3 est le seul à s'exprimer dans la graine, uniquement dans le germe. Son expression n'a pas été détectée dans les germes d'une lignée mutante qui ne produit pas de glycitéine. Ce gène est donc un candidat potentiel clef pour la synthèse de la glycitéine dans le germe. La structure particulière de l'enzyme correspondante pourrait indiquer une forte implication de l'architecture du complexe enzymatique et des contraintes qui en découlent dans l'utilisation préférentielle d'une voie ou d'une autre dans ce schéma de biosynthèse.