Fonction et origine évolutive de la voie des oxylipines dans les interactions biotiques chez les algues brunes

L'évolution des organismes s'accompagne de changements continus des voies métaboliques, et les interactions biotiques peuvent être un moteur favorisant cette plasticité métabolique. Les algues brunes offrent des systèmes modèles uniques pour explorer cette question, avec des paires d'espèces hôtes-endophytes appartenant au même phylum, telles que les Laminariales et les Ectocarpales endophytes. Une analyse comparative des réseaux métaboliques à l'échelle du génome (GSMN) de Laminarionema elsbetiae et d'autres algues brunes a permis d'identifier des réactions métaboliques qui pourraient avoir été perdues chez cette Ectocarpale endophyte. Certaines sont liées à la biosynthèse des leucotriènes et des prostaglandines et pourraient faire partie de la voie des oxylipines, induite lors des réponses de défense chez les algues brunes. Dans cette lignée, les enzymes de type CYP74, également appelées CYP5164, ont une origine commune ancienne avec celles des plantes et pourraient jouer un rôle clé dans la biosynthèse des oxylipines. Un arbre phylogénétique soutient l'hypothèse d'une succession de duplications indépendantes au cours de l'évolution des algues brunes, conduisant à deux sous-familles principales chez les Ectocarpales, CYP5164A et CYP5164B. De plus, l'analyse détaillée de leurs génomes a révélé que seul le gène CYP5164B était présent chez L. elsbetiae. Celui-ci pourrait être plus proche de la forme ancestrale des CYP5164. La protéine CYP5164B1 issue de l'algue brune modèle Ectocarpus sp7 a été produite avec succès dans E. coli. Une analyse GC-MS a montré que l'enzyme recombinante est active sur les substrats 9- et 13-HPODE, mais les produits de la réaction restent à identifier. En parallèle, une analyse métabolomique par LC-HRMS a comparé les profils métaboliques de mutants CRISPR knock-out (KO) pour le gène CYP5164B1 et de la souche sauvage d'Ectocarpus sp7. Les résultats ont révélé que ces mutations KO ne modifient pas de manière significative le métabolisme global d'Ectocarpus sp7, même suite à un stress cuivrique. Cependant, une analyse ciblée des AGPI (C18 et C20) suggère une augmentation significative de certains métabolites en C20, tels que le leucotriène A4, dans les souches CYP KO par rapport aux autres souches. Enfin, les profils métaboliques d'Ectocarpus sp7 et de l'endophyte L. elsbetiae ont été comparés dans des conditions de culture contrôlées et en réponse au cuivre. Un plus grand nombre de métabolites apparaissent régulés chez l'espèce libre, Ectocarpus sp7, suggérant une possible adaptation métabolique à la vie endophyte chez L. elsbetiae. L'intégration d'approches génomiques à grande échelle et d'une analyse fonctionnelle ciblée s'est donc avérée utile pour étudier l'évolution et la plasticité de la biosynthèse des oxylipines des algues brunes, en particulier chez les Ectocarpales. Ces résultats illustrent, de plus, comment les interactions biotiques à long terme, telles que l'endophytisme, ont un impact sur les pertes de gènes et les réponses physiologiques métaboliques d'un organisme.