Rhapsodie en rouge violet

Tomates non mûres (en haut) et mûres (en bas). Les tomates habituelles (à l’extrême gauche) sont vertes au départ et deviennent rouges lorsqu’elles sont mûres. En revanche, les tomates génétiquement modifiées prennent différentes nuances de rouge-violet, selon qu’elles produisent des bétalaïnes (deuxième à partir de la gauche), des pigments appelés anthocyanes (deuxième à partir de la droite) ou des bétalaïnes avec des anthocyanes (à l’extrême droite)

La couleur dans le règne végétal n’est pas là que pour faire joli. Les pigments colorés attirent les insectes pollinisateurs, ils protègent les plantes contre les maladies, ont des effets bénéfiques sur la santé et sont utilisés dans les industries alimentaire et pharmaceutique. Une nouvelle étude réalisée au Weizmann Institute of Science et publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, aux États-Unis, a maintenant ouvert la voie à de nombreuses utilisations potentielles des bétalaïnes, ces pigments rouge-violet et jaune hautement nutritifs connus pour leurs propriétés antioxydantes et couramment utilisés comme colorants alimentaires.

Les bétalaïnes sont fabriquées par les fruits des cactus, des fleurs comme la bougainvillée et certaines plantes comestibles – notamment les betteraves. Ils sont relativement rares dans la nature, en comparaison avec les deux autres principaux groupes de pigments végétaux, et jusqu’à récemment on comprenait encore mal le mécanisme de leur synthèse par les plantes. Le Prof. Asaph Aharoni du Département des sciences végétales et environnementales de l’Institut Weizmann et le Dr Guy Polturak, alors étudiant chercheur, avec d’autres membres de l’équipe, ont utilisé deux plantes productrices de bétalaïnes – la betterave rouge (Beta vulgaris) et la fleur belle-de-nuit (Mirabilis jalapa) – dans leur analyse. Au moyen du séquençage d’ARN de dernière génération et d’autres technologies avancées, les chercheurs ont identifié un gène précédemment inconnu impliqué dans la synthèse de la bétalaïne et ont découvert les réactions biochimiques utilisées par les plantes pour convertir l’acide aminé tyrosine en bétalaïnes.

Afin de tester leurs résultats, ils ont modifié génétiquement des levures pour leur faire produire des bétalaïnes. Ils sont ensuite passé au défi ultime : reproduire la synthèse de bétalaïne dans des plantes comestibles qui ne fabriquent pas normalement ces pigments.

La réuissite a été saluée par des couleurs vives. Les chercheurs ont produit des pommes de terre, des tomates et des aubergines à la chair et à la peau rouge-violet. Ils sont également parvenus à contrôler l’emplacement exact de la production de bétalaïne de manière que le pigment ne soit fabriqué, par exemple, que dans les fruits du plant de tomate , mais pas dans les feuilles ni dans la tige.

Au moyen de la même approche, les scientifiques ont fait produire des fleurs violet pâle à des pétunias blanches et fait fleurir des plants de tabac dans des teintes allant du jaune à l’orange-rose. Ils ont été en mesure d’obtenir diverses teintes en faisant en sorte que différentes combinaisons de gènes pertinents s’expriment au cours de la synthèse de la bétalaïne. Ces résultats peuvent être utilisés pour créer des plantes ornementales avec des couleurs pouvant être modifiées sur demande.

Les scientifiques ont fait produire des fleurs violet pâle à des pétunias blanches

Mais le changement de couleur n’était pas le seul résultat. L’activité antioxydante qui est bénéfique pour la santé était de 60 pour cent plus élevée dans les tomates produisant des bétalaïnes que dans les tomates habituelles. « Nos résultats pourraient être utilisés à l’avenir pour fortifier une grande variété de cultures avec des bétalaïnes afin d’accroitre leur valeur nutritive » explique Aharoni.

Les chercheurs ont découvert un avantage supplémentaire des bétalaïnes : elles protègent les plantes contre la moisissure grise, Botrytis cinerea, qui cause chaque année la perte de cultures agricoles pour une valeur de plusieurs milliards de dollars. L’étude a montré que la résistance aux moisissures grises avait augmenté vertigineusement de 90 pour cent chez les plantes modifiées pour produire des bétalaïnes.

Les scientifiques ont produit des formes de bétalaïne qui n’existent pas dans la nature. « Certains de ces nouveaux pigments peuvent se révéler plus stables que les bétalaïnes naturelles », explique Polturak. « Cela peut être d’une importance majeure dans l’industrie alimentaire, qui utilise beaucoup les bétalaïnes comme colorants alimentaires naturels, par exemple, dans les yaourts aux fraises. »

De plus, les résultats de l’étude pourront être utilisés par l’industrie pharmaceutique. Lorsque les plantes commencent à fabriquer des bétalaïnes, la première étape consiste en la conversion de la tyrosine en un produit chimique intermédiaire appelé L-dopa. Ce produit chimique est non seulement en lui-même un médicament, mais il sert également de matériau de base pour la fabrication d’autres médicaments, en particulier d’opiacés comme la morphine. Les plantes et les microbes modifiés pour convertir la tyrosine en L-dopa peuvent donc servir à fournir ce matériau précieux.

L’équipe de recherche comprenait Noam Grossman, Dr Yonghui Dong, Margarita Pliner et Dr Ilana Rogachev du Département des sciences végétales et environnementales de l’institut Weizmann, ainsi que Dr Maggie Levy, Dr David Vela-Corcia et Adi Nudel de l’Université hébraïque de Jérusalem.

La recherche du professeur Asaph Aharoni bénéficie du soutien du John and Vera Schwartz Center for Metabolomics, qu’il dirige ; du Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust ; de la Fondation Adelis ; du Lerner Family Plant Science Research Fund ; du Monroe and Marjorie Burk Fund for Alternative Energy Studies ; du Sheri and David E. Stone Fund for Microbiota Research ; de Dana et Yossie Hollander, Israël ; du A.M.N Fund for the Promotion of Science, Culture and Arts in Israel ; et de la Tom and Sondra Rykoff Family Foundation. Le professeur Aharoni est récipiendaire du prix André Deloro et il est le titulaire de la chaire professorale Peter J. Cohn.