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La métabolomique, outil de génomique fonctionnelle ... - Biogenouest

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2600000<br />

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1000000<br />

<strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong>,<br />

<strong>outil</strong> <strong>de</strong> <strong>génomique</strong> g<br />

<strong>fonctionnelle</strong> et <strong>de</strong><br />

phénotypage<br />

pour traiter <strong>de</strong>s relations plante /<br />

environnement et <strong>de</strong> la résistance r<br />

aux stress<br />

Alain Bouchereau,<br />

Institut <strong>de</strong> Génétique, Environnement<br />

et Protection <strong>de</strong>s Plantes,<br />

UMR 1349, Rennes-Le Rheu


2600000<br />

<strong>La</strong><br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

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1600000<br />

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200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

Plan :<br />

<strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

: <strong>outil</strong> <strong>de</strong> <strong>génomique</strong> g<br />

<strong>fonctionnelle</strong> et <strong>de</strong> phénotypage<br />

pour traiter<br />

<strong>de</strong>s relations plante/environnement et <strong>de</strong> la<br />

résistance aux stress<br />

• 1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong> à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome »<br />

Définitions, concepts, méthodologies, performances,…<br />

• 2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong> au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

Relations plante/environnement, résistance aux stress<br />

• 3. Exemples <strong>de</strong> <strong>métabolomique</strong> comparative<br />

Bases métaboliques et biomarqueurs <strong>de</strong> tolérance<br />

• 4. Métabotypage et <strong>métabolomique</strong> <strong>fonctionnelle</strong><br />

Déterminants génétiques et moléculaires <strong>de</strong> la résistance


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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0<br />

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1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

Définition <strong>de</strong> Fiehn et al. (Nat. Biotechnol., 18, 1157-61 (2000))<br />

I<strong>de</strong>ntification et quantification exhaustives et non sélectives <strong>de</strong> tous les<br />

métabolites d’un système biologique<br />

<strong>La</strong> Métabolomique<br />

Synonymes<br />

Metabonomique, Profilage <strong>métabolomique</strong>,<br />

Profilage métabolique<br />

Définition<br />

<strong>La</strong> science <strong>de</strong> l’analyse intégrative et<br />

<strong>fonctionnelle</strong> du phénotype métabolique<br />

d’un système biologique<br />

L’analyse du métabolome<br />

< 1500 Da<br />

1000 – 200000<br />

métabolites primaires et secondaires<br />

Amplitu<strong>de</strong>s extrèmes <strong>de</strong> concentrations<br />

Gran<strong>de</strong> diversité <strong>de</strong> propriétés physico-chimiques<br />

Adapté d’après Kopka et al., 2004


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

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800000<br />

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400000<br />

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15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ...seul le sommet <strong>de</strong> l‘iceberg est accessible“<br />

Métabolome <strong>de</strong> levure (560 métabolites)<br />

Adapté d’après Kopka et al., 2004<br />

Règne végétal : entre 50 000 et 200 000 métabolites


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

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1800000<br />

1600000<br />

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800000<br />

600000<br />

400000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ...un compromis analytique entre qualité et profon<strong>de</strong>ur“<br />

Métabolomique<br />

Empreinte métabolique<br />

Profilage métabolique<br />

Analyse ciblée<br />

Métabolite unique<br />

Trethewey, 2004


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

OSiOSiSiSi<br />

100<br />

50<br />

0<br />

73<br />

85<br />

103<br />

117<br />

70 90 110 130 150 170 190 210 230 250 270 290 310 330 350 370 390 410<br />

(qt_ms ri_id_eigtms 102) EIRO E_150002-101-9_METB_1500.54_Ery thritol (4TMS)<br />

133<br />

147<br />

163<br />

175<br />

189<br />

205<br />

217<br />

231<br />

277<br />

293<br />

307<br />

320<br />

Design<br />

expérimental,<br />

échantillonnage<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ...la <strong>métabolomique</strong>, pas une technique, une démarche analytique et<br />

chimiométrique“<br />

Acquisition <strong>de</strong>s<br />

données, analyse<br />

Epuration,<br />

Traitement <strong>de</strong>s<br />

données<br />

Analyses<br />

statistiques<br />

Visualisation,<br />

interprétation<br />

biologique<br />

Hagel and Facchini, 2008


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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1200000<br />

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600000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ...à chaque étape, <strong>de</strong>s choix, <strong>de</strong>s <strong>outil</strong>s, <strong>de</strong>s difficultés et <strong>de</strong>s besoins<br />

<strong>de</strong> développement “<br />

Bhalla et al., 2005<br />

Bino et al., 2004<br />

ArMet


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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1200000<br />

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600000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ...la <strong>métabolomique</strong>, une orientation à définir, une finalité à prévoir“<br />

Health sciences<br />

Nutritional sciences<br />

Food science<br />

Microbiology<br />

Animal, plant production<br />

Biotechnology<br />

System biology<br />

Environmental sciences<br />

Cevallos-Cevallos et al., 2009<br />

Samples sorting<br />

Screening<br />

Phenotyping<br />

Diagnostic - Prevention<br />

Quality testing<br />

Control<br />

Functional analysis<br />

Post-genomics<br />

Physiology<br />

Analytical<br />

objective<br />

Scope of<br />

application


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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600000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... pas une, mais <strong>de</strong>s plateformes analytiques dédiées à la <strong>métabolomique</strong>“<br />

Dunn and Ellis, 2004


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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800000<br />

600000<br />

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200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... la performance dans le couplage“<br />

<strong>La</strong>st et al., 2005<br />

„ ... avec <strong>de</strong>s configurations diversifiées<br />

en GC ou LC/MS “


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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1200000<br />

1000000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... la performance dans le couplage, adaptable à du haut débit“<br />

Fruits <strong>de</strong> tomate<br />

Feuilles d’Arabidopsis<br />

Fraise<br />

180 RILs d’Arabidopsis thaliana<br />

5780 ions<br />

Profilage par LC-QTof MS<br />

α-tomatine<br />

Glucoiberine<br />

Rutine<br />

De Vos et al., 2007


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... la performance dans le bidimensionnel à partir d‘extraits bruts “<br />

Spectroscopie <strong>de</strong> RMN,<br />

HSQC ( 1 H/ 13 C)<br />

Kim et al., 2011


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... <strong>de</strong>s moyens bioinformatiques <strong>de</strong> plus en plus puissants pour<br />

traiter l‘information initiale “<br />

Fiehn et al., 2011


2600000<br />

1.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

1. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

à l’échelle <strong>de</strong> « l’ome<br />

»<br />

„ ... après traitement <strong>de</strong>s données<br />

brutes, une analyse statistique adaptée “


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

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1000000<br />

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0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... la démarche <strong>de</strong> <strong>métabolomique</strong> mise au<br />

service <strong>de</strong> la plante et <strong>de</strong> sa biologie “<br />

Roessner and Bowne ., 2009<br />

Finalités s multiples :<br />

- fonctionnement, évolution, adaptation <strong>de</strong>s organismes photosynthétiques<br />

- sélection, amélioration génétique ( productions alimentaires et non alimentaires)<br />

- biotechnologies, ingenierie métabolique, chimie verte, OGM, biologie synthétique<br />

- biodiversité, écologie, protection, rémédiation


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

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1800000<br />

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2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... une énorme diversité<br />

phytochimique “<br />

dérivée <strong>de</strong>s métabolismes<br />

primaires et secondaires<br />

Métabolisme secondaire<br />

d’Arabidopsis thaliana<br />

Matsuda et al., 2010


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

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2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

Kooke and Keurentjes, 2012<br />

„ ... une gran<strong>de</strong> flexibilité<br />

métabolique “<br />

Sous contrôle :<br />

• génétique,<br />

• développemental<br />

• spatial<br />

• environnemental


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

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2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... <strong>de</strong>s variations au rhythme circadien“<br />

Lugan et al., 2010<br />

Evolutions<br />

nycthémérales<br />

<strong>de</strong>s teneurs en<br />

métabolites<br />

primaires dans<br />

<strong>de</strong>s feuilles<br />

d’Arabidopsis<br />

thaliana


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

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1800000<br />

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0<br />

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2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... <strong>de</strong>s variations au gré <strong>de</strong>s organes et <strong>de</strong>s tissus<br />

et <strong>de</strong> leur âge“<br />

Jeune feuille / Limbe<br />

“Pétiole” / Limbe<br />

Lugan et al., 2010<br />

Succinate Succinate<br />

Malate<br />

Diaminoprop Diaminopropane<br />

Fumarate Fumarate<br />

Mannose<br />

[Ascorbate] [Ascorbate]<br />

Saccharose Saccharose<br />

Citrate<br />

Glycerate Glycerate<br />

Beta-Alanine Beta-Alanine<br />

Glycine<br />

Glutamate Glutamate<br />

Aspartate Aspartate<br />

Ornithine<br />

Ammonium Ammonium<br />

Serine<br />

Alpha-Alanine<br />

Methionine Methionine<br />

Threonine Threonine<br />

Galactinol Galactinol<br />

Phenylalanin Phenylalanine<br />

Valine<br />

Isoleucine Isoleucine<br />

Leucine<br />

Raffinose Raffinose<br />

Agmatine Agmatine<br />

Histidine<br />

Tryptophane Tryptophane<br />

Quinate<br />

Myoinositol Myoinositol<br />

Tyrosine<br />

Maltose<br />

Phenethyla Phenethylamine<br />

Putrescine Putrescine<br />

Tyramine Tyramine<br />

Spermidine Spermidine<br />

Spermine Spermine<br />

<strong>La</strong>ctose<br />

Tryptamine Tryptamine<br />

Fructose<br />

Galactose Galactose<br />

Proline<br />

Trehalose Trehalose<br />

GABA<br />

Glucose<br />

Cadaverine Cadaverine<br />

Asparagine Asparagine<br />

Glutamine Glutamine<br />

Arginine Arginine<br />

[Sorbitol] [Sorbitol]<br />

Melibiose Melibiose<br />

Lysine<br />

-2.0 -1.0 0.0 1.0<br />

-2.0 -1.0 0.0 1.0<br />

Profils métaboliques<br />

comparés <strong>de</strong> différents<br />

organes et tissus foliaires<br />

d’Arabidopsis thaliana


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... <strong>de</strong>s profils métaboliques différenciés entre<br />

compartiments sub-cellulaires “<br />

Cytosol<br />

chloroplastes<br />

Krueger Krueger et al., et al., 2010 2011<br />

Vacuole<br />

Cartographie métabolique <strong>de</strong><br />

différents compartiments<br />

cellulaires <strong>de</strong> feuilles<br />

d’Arabidopsis thaliana


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... <strong>de</strong>s dispositions à répondre à <strong>de</strong>s contraintes<br />

environnementales <strong>de</strong> natures variées“<br />

Jahangir et al., 2009<br />

„ ... un arsenal particulièrement sophistiqué“


2600000<br />

2.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... <strong>de</strong>s enjeux importants à décrypter les modalités moléculaires<br />

<strong>de</strong> tolérance / résistance aux stress“<br />

Des casca<strong>de</strong>s <strong>de</strong> régulation <strong>de</strong><br />

mieux en mieux décrites mais <strong>de</strong><br />

plus en plus complexes (cross-talks)<br />

Cramer et al., 2011<br />

Des effecteurs <strong>de</strong> réponses aux stress<br />

qui mobilisent <strong>de</strong> multiples pans du<br />

métabolisme (osmorégulation, énergie,<br />

redox, défenses, nutrition, …)<br />

Vinocur and Altman., 2005


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

2. <strong>La</strong> <strong>métabolomique</strong><br />

au chevet <strong>de</strong> la plante<br />

„ ... problématiques <strong>de</strong> recherche“<br />

Optimiser/régulariser le ren<strong>de</strong>ment dans un contexte <strong>de</strong> réduction<br />

<strong>de</strong>s intrants azotés et d’aléas climatiques, tout en assurant la<br />

qualité <strong>de</strong>s produits finaux (huile/tourteau <strong>de</strong> colza)<br />

• Améliorer l’efficience d’utilisation <strong>de</strong>s nutriments et <strong>de</strong> l’eau par la<br />

plante<br />

• Rechercher les déterminants génétiques et physiologiques <strong>de</strong> la<br />

tolérance aux stress nutritionnels, hydriques, thermiques et <strong>de</strong> la<br />

résistance aux maladies<br />

Démarches intégratives <strong>de</strong> génétique quantitative, <strong>de</strong> <strong>génomique</strong> <strong>fonctionnelle</strong>, <strong>de</strong><br />

transcriptomique et <strong>de</strong> <strong>métabolomique</strong>.<br />

Exploitation <strong>de</strong> ressources génétiques variées intra-spécifiques (RILs, TILLING,<br />

PGM,…) et inter-spécifiques (espèces modèles)<br />

Schranz et al., 2007


2600000<br />

3.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

3. Métabolomique<br />

comparative et tolérance aux<br />

stress<br />

Profilage métabolique m<br />

comparé d’Arabidopsis<br />

thaliana et <strong>de</strong><br />

Thellungiella salsuginea (halophila) ( 1 H-NMR ) : sous stress salin mod<br />

sous stress salin modéré<br />

Thellungiella<br />

0 mM NaCl<br />

Arabidopsis<br />

100 mM NaCl<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Ghars et al., J. Plant Physiol., 2008<br />

Lugan et al., Plant J., 2010


2600000<br />

3.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

A<br />

8<br />

6<br />

3. Métabolomique<br />

comparative et tolérance aux<br />

stress<br />

Phénotypes métaboliques divergents entre les<br />

<strong>de</strong>ux espèces, génétiquement proches mais<br />

contrastées quant à leur tolérance à la salinité<br />

4<br />

PC3 (11%)<br />

2<br />

0<br />

-2<br />

-4<br />

-6<br />

63<br />

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10<br />

44<br />

PC1 (43%) Putrescine<br />

27<br />

0.2<br />

80<br />

Glutamate 25<br />

Control<br />

NaCl<br />

105 métabolites<br />

GC-MS,<br />

UPLC-DAD<br />

ACP<br />

B<br />

PC3 Fact. (11%) 3<br />

Fumarate<br />

1.0<br />

0.8<br />

0.6<br />

0.4<br />

0.0<br />

-0.2<br />

-0.4<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Ghars et al., J. Plant Physiol., 2008<br />

Lugan et al., Plant J., 2010<br />

Urate<br />

66<br />

Putrescine 35 87<br />

Sinapate<br />

70<br />

74<br />

15<br />

56<br />

Fumarate<br />

12<br />

3967<br />

Spermidine<br />

72<br />

62<br />

71<br />

69<br />

Galactinol<br />

93<br />

Raffinose<br />

102<br />

Sucrose<br />

82<br />

52<br />

Spermidine<br />

Galactinol<br />

2<br />

96<br />

4 1<br />

[Digalactosylglycerol]<br />

101<br />

Melibiose 91<br />

14<br />

32<br />

47<br />

13<br />

23 22 38<br />

Sucrose17<br />

28<br />

76<br />

50 33<br />

9<br />

64<br />

Raffinose<br />

92<br />

58<br />

20<br />

73<br />

98<br />

Fructose<br />

46<br />

Proline<br />

8<br />

61<br />

21 85<br />

Glutamine<br />

40<br />

3<br />

GABA<br />

18<br />

103 65 Galactose<br />

48<br />

84<br />

34<br />

86<br />

37<br />

60<br />

6 97 78<br />

31<br />

530Asparagine<br />

57<br />

54 8836<br />

745<br />

55 75 Quinate<br />

10<br />

16<br />

2451<br />

29<br />

90 11 95 Trans caffeoylquinic acid<br />

53<br />

100<br />

79<br />

26<br />

Glucose 94<br />

49 83 89Gentiobiose<br />

1943<br />

99 81<br />

42<br />

59<br />

41<br />

Proline<br />

Trans caffeic acid<br />

68<br />

77Shikimate<br />

-0.6<br />

OH<br />

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2<br />

PC1 (43%) Caffeate<br />

NH 3<br />

GABA<br />

Caffeoylquinate<br />

HO<br />

O<br />

COOH<br />

OH<br />

OH<br />

Shikimate


2600000<br />

3.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

3. Métabolomique<br />

comparative et tolérance aux<br />

stress<br />

At- 0<br />

At- 25<br />

At- 50<br />

At- 75<br />

At-120<br />

Th- 0<br />

Th- 25<br />

Th- 50<br />

Th- 75<br />

Th-120<br />

Th-240<br />

Th-360<br />

Th-480<br />

At- 240<br />

At- 360<br />

At- 480<br />

A<br />

Tryptophane 0.00 0.04 0.08 0.17 0.17 -0.23 -0.37 -0.34 -0.32 -0.39 -0.23 -0.47 0.85 0.23 0.87 0.12<br />

Phenylalanine 0.00 0.03 0.03 ### ### ### -0.20 -0.19 -0.20 -0.25 ### -0.38 0.06 0.86 0.97 1.45<br />

Lysine 0.00 0.19 0.15 0.20 0.29 ### ### ### ### ### 0.14 ### 0.50 0.93 1.12 1.17<br />

Arginine 0.00 0.24 0.12 0.03 0.06 ### ### ### 0.03 ### 0.03 0.04 1.12 0.73 0.89 1.15<br />

Histidine 0.00 0.17 0.12 0.10 0.16 ### ### ### ### ### ### 0.13 0.80 0.27 0.66 0.61<br />

GABA 0.00 ### -0.25 -0.40 -0.28 ### -0.41 0.09 -0.23 0.25 0.70 0.37 0.73 1.26 1.40 1.44<br />

Leucine 0.00 0.14 0.23 0.20 0.30 0.19 0.00 0.05 0.06 0.06 0.36 ### 0.61 1.49 1.60 1.99<br />

Glycine 0.00 ### 0.04 ### 0.15 0.01 ### ### 0.01 ### 0.17 0.18 0.45 1.26 1.60 1.77<br />

Beta-Alanine 0.00 0.14 ### ### -0.30 0.52 0.52 0.58 0.66 0.48 0.07 0.25 0.36 1.24 1.50 1.40<br />

Isoleucine 0.00 0.12 0.15 0.17 0.24 0.39 0.34 0.37 0.38 0.27 0.37 0.11 0.83 1.29 1.42 1.77<br />

Maltose 0.00 0.46 0.43 0.57 0.70 0.43 0.10 0.46 0.40 0.43 0.38 0.40 1.00 1.16 1.12 1.76<br />

Saccharose 0.00 0.11 0.07 0.23 0.48 0.25 0.25 0.19 0.24 0.28 0.51 0.72 0.97 0.57 0.79 0.87<br />

Valine 0.00 0.16 0.13 0.10 0.15 0.27 0.22 0.22 0.24 0.09 0.21 0.15 0.43 0.86 1.03 1.30<br />

Galactose 0.00 ### 0.05 0.50 0.48 0.26 0.02 ### 0.12 0.21 0.45 0.39 0.44 0.96 0.87 1.63<br />

Fructose 0.00 0.11 0.10 0.09 0.14 0.59 0.54 0.09 0.37 0.34 0.61 0.61 0.66 0.91 0.85 1.54<br />

Hydroxyproline 0.00 0.44 0.64 0.86 0.89 0.71 0.83 0.89 1.01 1.02 1.14 1.19 1.21 0.50 0.83 1.03<br />

Proline 0.00 0.32 0.54 0.90 1.13 0.92 1.00 1.09 1.23 1.22 1.41 1.37 1.59 1.23 1.46 1.54<br />

Cellobiose 0.00 0.22 0.29 0.34 0.08 0.94 0.99 0.30 0.24 1.26 1.14 0.64 0.36 0.05 0.02 0.94<br />

Citrate 0.00 -0.18 -0.20 -0.31 -0.36 0.34 0.37 0.53 0.57 0.60 0.75 0.68 0.48 -0.30 ### 0.04<br />

Quinate 0.00 ### ### -0.57 ### 0.82 0.77 0.79 0.69 0.80 0.89 1.07 0.90 0.63 0.46 1.35<br />

Malate 0.00 ### ### 0.00 0.04 0.78 0.79 0.77 0.79 0.81 0.83 0.87 0.80 0.07 0.27 0.59<br />

Raffinose 0.00 -0.18 0.10 0.60 0.82 -0.53 -0.57 -0.22 -0.35 -0.53 -0.49 ### -0.59 -1.25 -1.15 -0.74<br />

Galactinol 0.00 -0.30 ### 0.57 0.62 -0.51 -0.62 ### ### ### -0.32 ### ### -1.52 -1.84 -1.11<br />

Shoots growth rate 0.00 ### ### -0.21 -0.46 -0.34 -0.31 -0.36 -0.29 -0.42 -0.47 -0.68 -0.90 -0.86 -1.03 -1.01<br />

Spermidine 0.00 ### -0.24 -0.39 -0.59 -0.40 -0.46 -0.54 -0.65 -0.63 -0.74 -0.85 -0.83 -1.05 -1.17 -1.63<br />

[Ascorbate] 0.00 -0.58 -0.35 -0.37 -0.44 ### ### -0.42 -0.35 ### ### ### -0.25 -1.77 -1.86 -1.30<br />

Ornithine 0.00 ### ### ### -0.26 -0.21 -0.41 -0.45 -0.47 -0.45 -0.44 -0.73 -0.36 0.34 0.50 0.64<br />

Alanine Alpha-Alanine 0.00 0.06 ### ### ### ### ### ### ### -0.37 -0.34 -0.55 -0.57 0.30 0.48 0.58<br />

Ammonium 0.00 0.05 ### -0.23 -0.26 ### ### -0.27 -0.36 -0.49 -0.39 -0.60 -0.49 0.22 0.27 0.40<br />

Tyrosine 0.00 -0.26 ### 0.15 0.12 -0.47 -0.69 -0.60 -0.63 -0.64 -0.50 -0.63 ### 0.31 0.49 0.89<br />

Trehalose 0.00 -0.37 -0.52 ### -0.19 -0.52 -0.74 -0.46 -0.81 -0.87 -0.65 -0.86 -0.91 0.10 -0.21 0.44<br />

Fumarate 0.00 -0.29 -0.22 ### 0.03 -1.41 -1.57 -1.70 -1.80 -1.98 -1.75 -2.09 -1.94 -0.43 -0.38 0.11<br />

Methionine 0.00 0.07 ### 0.03 ### 0.23 0.18 0.26 0.28 0.19 0.32 0.10 0.18 -0.84 -0.20 -0.54<br />

Glutamate 0.00 0.06 0.04 0.00 0.01 0.06 0.08 0.06 0.08 ### ### ### -0.39 -0.74 -0.62 -0.62<br />

Aspartate 0.00 0.06 0.06 ### ### 0.17 0.20 0.17 0.14 0.02 ### -0.20 -0.44 -0.49 -0.41 -0.37<br />

Glutamine 0.00 0.14 ### ### -0.24 0.10 0.08 0.11 0.13 0.00 0.06 ### -0.42 -0.77 -0.51 -0.27<br />

Spermine 0.00 ### ### -0.21 ### ### ### ### ### ### ### -0.23 ### ### -0.23 -1.04<br />

Putrescine 0.00 ### 0.06 0.12 ### ### -0.30 ### 0.05 ### 0.04 -0.31 0.45 0.17 0.06 -0.40<br />

Agmatine 0.00 0.16 0.27 0.34 0.22 -0.22 ### -0.21 ### -0.20 ### -0.33 -0.55 0.33 0.12 -0.33<br />

Homoserine 0.00 -0.46 -0.38 -0.50 -0.54 0.01 -0.25 ### -0.25 -0.21 ### -0.44 0.00 0.07 0.30 0.51<br />

Melibiose 0.00 ### -0.26 0.41 0.47 ### ### ### -0.22 -0.52 -0.20 -0.29 ### ### -0.26 0.42<br />

Glucose 0.00 ### ### 0.39 0.34 0.09 0.04 ### 0.08 ### 0.25 -0.54 0.39 0.43 0.34 1.11<br />

Total metabolites 0.00 ### ### 0.02 0.08 0.07 0.09 0.13 0.17 0.17 0.28 0.24 0.25 0.04 0.18 0.48<br />

Myoinositol 0.00 ### 0.03 0.16 0.24 ### 0.01 0.06 0.10 0.12 0.23 0.17 0.08 ### ### 0.44<br />

Threonine 0.00 0.13 0.21 0.18 0.10 0.09 0.10 0.11 0.10 ### 0.09 ### ### 0.14 0.31 0.52<br />

Serine 0.00 0.12 0.14 0.07 0.07 0.18 0.20 0.16 0.17 0.09 0.14 0.02 -0.19 0.36 0.34 0.69<br />

Glycerate 0.00 ### ### ### ### 0.13 0.13 0.19 0.14 0.12 0.23 0.10 0.01 0.55 0.44 1.04<br />

Asparagine 0.00 0.15 ### ### ### 0.12 0.07 0.09 0.10 ### ### -0.25 -0.39 ### 0.08 0.23<br />

Succinate 0.00 ### ### 0.04 -0.20 0.02 0.07 0.15 0.11 ### ### -0.25 -0.24 0.24 0.28 0.90<br />

-1.26<br />

-0.78<br />

-0.48<br />

-0.18<br />

0.00<br />

0.18<br />

0.48<br />

0.78<br />

1.26<br />

1.56<br />

B<br />

NaCl (mM) 0 75 120 240 480<br />

Metabolic modules<br />

responsive to NaCl<br />

Arabidopsis signature<br />

Shoot growth rate<br />

reduction indicator<br />

Analyse hiérarchique <strong>de</strong>s ajustements<br />

métaboliques observés chez Thellungiella et<br />

Arabidopsis en réponse à <strong>de</strong>s traitements<br />

salins d’amplitu<strong>de</strong>s croissantes<br />

Lugan et al., Plant J., 2010


2600000<br />

3.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

3. Métabolomique<br />

comparative et tolérance aux<br />

stress<br />

Propriétés physico-chimiques<br />

du métabolome<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Lugan et al., Plant J., 2010<br />

Molar mass<br />

Solubility (mg.ml -1 )<br />

N to C ratio (N/C)<br />

Gibbs free energy of formation(∆ f G 0’ )<br />

Octanol:Water partition coefficient (logP)<br />

Carbon oxidation number n°(C)<br />

Adaptation du métabolome <strong>de</strong> Thellungiella à la déshydratation


2600000<br />

3.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

3. Métabolomique<br />

comparative et tolérance aux<br />

stress<br />

Thellungiella halophila<br />

Profilage métabolique (métabolisme azoté et carboné)<br />

<strong>de</strong>s organes foliaires <strong>de</strong> trois espèces <strong>de</strong> Brassicacées<br />

apparentées exposées 4 jours à 21 ou 4°C<br />

Arabis alpina<br />

Arabidopsis thaliana Thellungiella halophila Arabis alpina<br />

2 populations d’Arabis alpina<br />

Arabidopsis thaliana<br />

Sor<strong>de</strong>t et al., unpublished<br />

Lugan et al., unpublished


2600000<br />

4.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Recherche <strong>de</strong>s caractéristiques<br />

métaboliques <strong>de</strong>s organes sources<br />

(remobilisateurs) et <strong>de</strong>s organes puits<br />

(importateurs)<br />

Albert et al., Planta, 2012<br />

Feuille source<br />

Feuille puits


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

N+ W+ N- W+ N+ W-W<br />

N- W-<br />

Profilage métabolique (métabolisme azoté et carboné)<br />

<strong>de</strong>s organes foliaires <strong>de</strong> colza exposé à un stress azoté<br />

combiné ou non à un stress hydrique<br />

PC2 (21.26%)<br />

-12<br />

-10<br />

-8<br />

-6<br />

-4<br />

-2<br />

0<br />

2<br />

4<br />

6<br />

8<br />

Scores plot<br />

Rehydration 14<br />

10 14<br />

17 2217<br />

17<br />

22 14 22<br />

10<br />

N-W+<br />

4<br />

4<br />

N+W-<br />

N-W-<br />

10<br />

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12<br />

17<br />

PC1 (34.92%)<br />

Rehydration<br />

Albert et al., Plant Physiol., submitted<br />

22<br />

10<br />

0<br />

10<br />

4<br />

4<br />

14<br />

N+W+<br />

0<br />

PC2 (20.08%)<br />

1.0<br />

0.5<br />

0.0<br />

-0.5<br />

Suc<br />

y22<br />

Trp y2 Xyl x16<br />

y7<br />

Pro<br />

Leu<br />

GABA Phe<br />

x18<br />

x2 HyPro Val<br />

y11 HisTot_N_met<br />

Gly<br />

y29<br />

y14 Myo Gluc<br />

x19 Ile<br />

y27y8<br />

y19 Tyr<br />

y24<br />

Malt y25<br />

x8<br />

y26 Lys<br />

Orn<br />

x10<br />

x17Tot_C_met<br />

x13<br />

x7<br />

y5<br />

y18<br />

x14<br />

y9<br />

Fum Thr<br />

x3<br />

x12<br />

y23 Mala<br />

y30 MetCys y21<br />

Arg<br />

x6<br />

Fruc<br />

x9<br />

x15<br />

y6<br />

x5<br />

Cit<br />

y12<br />

Succ ß-Ala<br />

HSer<br />

y13 Met<br />

x1 Asn Gln Asp<br />

a-Ala<br />

Glyce y28 y20<br />

Cys<br />

y15 Ser x4<br />

x11y4<br />

y1 y17<br />

y3 y10 Glu Qui<br />

y16<br />

-1.0<br />

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0<br />

PC1 (31.07%)<br />

Les plantes carencées en azote sont<br />

métaboliquement moins perturbées<br />

par le stress hydrique


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Profilage métabolique (métabolisme azoté et carboné)<br />

<strong>de</strong>s organes foliaires <strong>de</strong> colza exposé à un stress azoté<br />

combiné ou non à un stress hydrique<br />

N+ W+ N- W+ N+ W-W<br />

N- W-<br />

Albert et al., Plant Physiol., submitted<br />

Repérage <strong>de</strong> marqueurs<br />

d’exposition aux stress


2600000<br />

4.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Profilage métabolique (métabotypage) <strong>de</strong>s<br />

racines <strong>de</strong> variétés <strong>de</strong> colza plus ou moins<br />

résistantes à la hernie <strong>de</strong>s crucifères<br />

Marqueurs <strong>de</strong> sensibilité<br />

RILs et mQTLs<br />

Wagner et al., MPMI, 2012


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Wild type<br />

Profilage métabolique m<br />

du mutant Eskimo d’Arabidopsis<br />

thaliana :<br />

Constitutivement acclimaté au froid<br />

Accumulateur constitutif <strong>de</strong> proline<br />

Mutant<br />

Shoots (94 analytes)<br />

Roots (112 analytes)<br />

At3g55990 (esk1)<br />

DUF231 family : 45 proteines<br />

Fonctions inconnues<br />

Absent <strong>de</strong>s microarrays<br />

Profils métaboliques comparés<br />

(ICA) <strong>de</strong> WT et esk1 dans les<br />

racines et les rosettes en<br />

conditions contrôlées<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Lugan et al., Plant Cell Env, 2009


2600000<br />

4.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Contrôle 6°C Déshydratation NaCl<br />

WT<br />

esk1<br />

Ajustements métaboliques<br />

observés chez le WT et le<br />

mutant au cours <strong>de</strong> l’exposition<br />

à différents stress abiotiques<br />

Water status<br />

Control<br />

Déshydration<br />

NaCl<br />

Froid<br />

Transpiration rate<br />

RWC<br />

Water stress phenotype<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Lugan et al., Plant Cell Env, 2009


2600000<br />

4.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Columbia<br />

Methionine<br />

Methionine<br />

Control<br />

GB<br />

Pro<br />

Salt<br />

Salt + GB<br />

Salt + Pro<br />

Lysine<br />

Control<br />

GB<br />

Pro<br />

Salt<br />

Salt + GB<br />

Salt + Pro<br />

Lysine<br />

Lysine and methionine amounts exhibited<br />

strong correlation through all the individuals<br />

un<strong>de</strong>r investigation. This could be expected<br />

because lysine and methionine biosynthesis<br />

result from aspartate as a common precursor<br />

Asp AsnSer Glu Gly Gln ArgThr Ala Prol Tyr Val Met Lys Ile Leu Phe Trp A B C D Fru E Gal Glc F Myo G H I Suc Tre Mal J K L Galol M N Raff<br />

Asp 1.0<br />

AsnSer 0.3 1.0<br />

Glu 0.4 0.3 1.0<br />

Pearson coefficients<br />

Gly -0.2 0.3 -0.1 1.0<br />

Control<br />

Gln 0.3 0.6 0.4 0.3 1.0<br />

GB<br />

ArgThr 0.1 0.3 0.2 0.3 0.5 1.0<br />

> 0.95<br />

Pro<br />

Ala 0.1 0.4 -0.2 0.7 0.1 0.0 1.0<br />

Salt<br />

> 0.9<br />

Prol 0.0 0.2 -0.6 0.3 -0.1 0.1 0.5 1.0<br />

Salt + GB<br />

Tyr 0.2 0.5 -0.2 0.3 0.3 0.0 0.4 0.5 1.0<br />

> 0.8<br />

Salt + Pro<br />

Val -0.1 0.4 -0.5 0.3 -0.1 -0.1 0.5 0.8 0.6 1.0<br />

> 0.7<br />

Met 0.1 0.1 -0.5 0.2 0.1 -0.1 0.4 0.6 0.9 0.5 1.0<br />

Lys 0.2 0.2 -0.4 0.2 0.2 0.0 0.3 0.7 0.8 0.5 0.9 1.0<br />

> 0.6<br />

Ile 0.0 0.5 -0.3 0.3 -0.1 -0.1 0.5 0.7 0.5 0.9 0.4 0.5 1.0<br />

Leu -0.1 0.4 -0.4 0.4 -0.1 -0.1 0.6 0.8 0.6 1.0 0.5 0.5 1.0 1.0<br />

Phe -0.1 0.5 -0.3 0.4 -0.1 0.0 0.6 0.7 0.6 0.9 0.4 0.4 0.9 0.9 1.0<br />

Trp -0.3 0.2 -0.5 0.5 -0.2 0.0 0.5 0.8 0.5 0.9 0.5 0.4 0.8 0.8 0.9 1.0<br />

A 0.4 0.7 0.2 0.1 0.6 0.2 0.3 0.3 0.6 0.4 0.4 0.4 0.5 0.4 0.5 0.2 1.0<br />

B 0.2 0.5 0.7 0.1 0.5 0.3 0.1 -0.4 0.0 -0.1 -0.4 -0.3 0.0 -0.1 0.1 -0.2 0.5 1.0<br />

C 0.2 0.0 0.1 -0.1 0.1 -0.1 0.0 -0.2 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.1 -0.1 0.0 0.2 1.0<br />

D 0.2 0.5 0.6 0.0 0.5 0.3 0.0 -0.4 -0.1 -0.2 -0.4 -0.3 0.0 -0.2 0.0 -0.3 0.5 1.0 0.2 1.0<br />

Fru -0.1 0.2 -0.6 0.3 -0.1 0.0 0.4 0.9 0.7 0.9 0.7 0.7 0.8 0.8 0.8 0.9 0.4 -0.3 -0.1 -0.3 1.0<br />

E 0.3 -0.1 0.0 0.2 0.3 0.3 0.1 0.2 0.1 -0.2 0.3 0.4 -0.3 -0.3 -0.3 -0.2 0.0 -0.2 -0.3 -0.1 0.0 1.0<br />

Gal 0.2 0.0 -0.3 0.0 0.1 0.0 0.1 0.5 0.6 0.2 0.7 0.8 0.1 0.1 0.0 0.1 0.2 -0.4 -0.3 -0.4 0.4 0.6 1.0<br />

Glc 0.3 0.1 -0.1 0.0 0.3 0.0 0.2 0.4 0.5 0.1 0.6 0.7 0.0 0.0 -0.1 0.0 0.3 -0.3 -0.3 -0.3 0.3 0.7 0.9 1.0<br />

F 0.3 0.2 -0.1 0.1 0.2 0.0 0.3 0.4 0.4 0.2 0.4 0.5 0.1 0.1 0.0 0.1 0.2 -0.2 -0.2 -0.2 0.3 0.6 0.7 0.9 1.0<br />

Myo -0.1 0.1 -0.7 0.1 -0.2 -0.1 0.3 0.9 0.5 0.8 0.6 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.3 -0.4 -0.1 -0.3 0.9 0.0 0.3 0.2 0.2 1.0<br />

G -0.3 -0.5 -0.2 0.0 -0.2 -0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.3 -0.1 -0.2 -0.4 -0.3 -0.4 -0.1 -0.7 -0.6 -0.1 -0.6 -0.2 0.2 0.0 0.0 -0.1 -0.2 1.0<br />

H 0.3 0.4 0.6 0.0 0.2 0.3 0.0 -0.2 0.0 0.1 -0.2 -0.2 0.2 0.1 0.2 -0.1 0.4 0.5 0.1 0.6 -0.1 -0.2 -0.2 -0.2 -0.1 -0.1 -0.5 1.0<br />

I -0.5 -0.2 0.0 0.3 -0.4 0.1 0.0 -0.3 -0.5 -0.3 -0.4 -0.5 -0.3 -0.3 -0.2 0.0 -0.6 -0.2 -0.3 -0.2 -0.3 -0.2 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 0.5 -0.3 1.0<br />

Suc -0.6 0.1 -0.5 0.4 -0.3 0.1 0.2 0.6 0.2 0.6 0.3 0.2 0.5 0.5 0.6 0.8 0.0 -0.3 -0.2 -0.3 0.6 -0.2 0.0 -0.2 -0.1 0.6 0.0 -0.2 0.3 1.0<br />

Tre -0.4 -0.2 -0.2 0.4 -0.3 0.2 0.1 0.1 -0.2 -0.1 0.0 0.0 -0.2 -0.1 -0.1 0.1 -0.4 -0.4 -0.3 -0.4 0.0 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.4 -0.4 0.8 0.5 1.0<br />

Mal 0.3 0.1 -0.3 0.1 0.2 0.0 0.3 0.5 0.7 0.2 0.8 0.9 0.2 0.2 0.1 0.1 0.3 -0.3 -0.2 -0.3 0.4 0.5 0.8 0.8 0.6 0.4 -0.1 -0.3 -0.4 0.0 0.1 1.0<br />

J 0.3 0.1 -0.3 0.0 0.2 -0.1 0.3 0.4 0.6 0.2 0.7 0.7 0.1 0.2 0.0 0.0 0.3 -0.3 -0.1 -0.3 0.3 0.4 0.8 0.8 0.6 0.3 0.0 -0.2 -0.4 -0.1 0.0 0.9 1.0<br />

K 0.1 -0.1 -0.3 -0.1 0.1 0.0 -0.1 0.3 0.4 0.0 0.6 0.7 -0.1 0.0 -0.2 -0.1 0.1 -0.4 -0.2 -0.4 0.2 0.4 0.8 0.8 0.6 0.2 0.0 -0.3 -0.2 -0.1 0.2 0.8 0.8 1.0<br />

L 0.5 0.1 -0.2 -0.1 0.2 -0.2 0.2 0.4 0.5 0.2 0.6 0.7 0.2 0.3 0.1 0.0 0.2 -0.3 0.3 -0.4 0.3 0.3 0.7 0.7 0.6 0.3 -0.1 -0.2 -0.5 -0.2 -0.1 0.8 0.9 0.7 1.0<br />

Galol -0.1 -0.2 -0.2 -0.3 -0.1 -0.1 -0.4 0.1 0.1 -0.1 0.3 0.4 -0.2 -0.2 -0.3 -0.1 -0.2 -0.5 -0.2 -0.4 -0.1 0.3 0.6 0.5 0.4 0.0 0.1 -0.3 0.0 0.1 0.3 0.5 0.5 0.8 0.5 1.0<br />

M 0.0 -0.4 -0.1 -0.4 0.0 0.1 -0.5 -0.2 -0.2 -0.5 0.0 0.1 -0.5 -0.5 -0.6 -0.4 -0.5 -0.6 -0.1 -0.4 -0.2 0.5 0.3 0.3 0.2 -0.1 0.6 -0.2 0.0 -0.2 0.1 0.2 0.2 0.4 0.2 0.5 1.0<br />

N 0.3 0.2 -0.5 0.1 0.1 -0.1 0.5 0.7 0.7 0.6 0.8 0.8 0.5 0.5 0.4 0.3 0.4 -0.3 0.0 -0.3 0.6 0.3 0.7 0.6 0.6 0.6 -0.2 -0.2 -0.6 0.1 -0.1 0.9 0.8 0.6 0.8 0.2 0.0 1.0<br />

Raff 0.2 0.0 -0.4 -0.1 0.0 -0.2 0.1 0.4 0.5 0.2 0.6 0.7 0.3 0.3 0.1 0.1 0.2 -0.4 0.2 -0.4 0.3 0.2 0.7 0.6 0.5 0.3 -0.1 -0.2 -0.4 0.0 0.0 0.8 0.8 0.8 0.9 0.6 0.2 0.8 1.0<br />

Eskimo<br />

Asp AsnSer Glu Gly Gln ArgThr Ala Prol Tyr Val Met Lys Ile Leu Phe Trp A B C D Fru E Gal Glc F Myo G H I Suc Tre Mal J K L Galol M N Raff<br />

Asp 1.0<br />

AsnSer 0.0 1.0<br />

Glu 0.6 0.2 1.0<br />

Gly -0.2 0.4 -0.3 1.0<br />

Gln 0.1 0.7 0.3 0.3 1.0<br />

ArgThr 0.3 0.7 0.3 0.3 0.6 1.0<br />

Ala 0.0 0.5 -0.1 0.5 0.3 0.2 1.0<br />

Prol -0.3 0.2 -0.3 0.4 -0.1 0.0 0.4 1.0<br />

Tyr -0.1 0.1 -0.4 0.1 -0.1 0.0 0.3 0.2 1.0<br />

Val -0.4 0.4 -0.5 0.5 0.1 0.2 0.5 0.7 0.3 1.0<br />

Met 0.1 -0.1 -0.3 0.2 -0.1 -0.1 0.3 0.5 0.4 0.3 1.0<br />

Lys 0.2 0.0 -0.3 0.2 0.0 0.1 0.3 0.4 0.3 0.3 0.9 1.0<br />

Ile -0.4 0.2 -0.6 0.4 -0.1 0.1 0.2 0.6 0.3 0.8 0.5 0.5 1.0<br />

Leu -0.3 0.0 -0.7 0.4 -0.2 0.1 0.2 0.5 0.6 0.7 0.7 0.7 0.9 1.0<br />

Phe -0.5 0.3 -0.6 0.5 0.0 0.1 0.4 0.7 0.3 0.9 0.4 0.3 0.8 0.8 1.0<br />

Trp -0.6 0.1 -0.5 0.4 -0.2 -0.1 0.1 0.6 0.1 0.7 0.3 0.2 0.8 0.6 0.7 1.0<br />

A 0.0 0.5 0.1 0.4 0.5 0.5 0.2 0.2 -0.1 0.3 0.3 0.4 0.3 0.3 0.3 0.1 1.0<br />

B -0.1 0.4 0.1 -0.1 0.5 0.3 0.1 -0.4 -0.3 -0.1 -0.5 -0.4 -0.2 -0.3 0.0 -0.2 0.1 1.0<br />

C -0.1 0.3 0.1 -0.1 0.2 0.1 0.1 0.0 -0.3 0.1 -0.4 -0.3 -0.1 -0.2 0.1 -0.1 0.1 0.8 1.0<br />

D 0.2 0.4 0.4 0.0 0.6 0.5 0.1 -0.4 -0.3 -0.2 -0.5 -0.3 -0.3 -0.3 -0.1 -0.3 0.4 0.8 0.6 1.0<br />

Fru -0.5 0.1 -0.5 0.5 -0.2 0.0 0.3 0.8 0.4 0.8 0.4 0.4 0.8 0.7 0.7 0.7 0.2 -0.3 -0.2 -0.4 1.0<br />

E 0.2 -0.2 0.1 -0.1 -0.1 -0.1 0.1 0.0 -0.2 -0.3 0.1 0.2 -0.3 -0.1 -0.2 -0.2 0.0 0.0 0.2 0.2 -0.2 1.0<br />

Gal -0.1 -0.1 -0.4 0.2 -0.2 -0.1 0.3 0.3 0.5 0.1 0.6 0.6 0.3 0.4 0.1 0.3 0.0 -0.5 -0.4 -0.4 0.4 0.5 1.0<br />

Glc 0.1 -0.1 -0.2 0.2 0.0 -0.1 0.3 0.2 0.3 0.0 0.7 0.7 0.1 0.3 0.0 0.1 0.2 -0.5 -0.4 -0.3 0.2 0.4 0.9 1.0<br />

F 0.2 0.0 -0.1 0.2 0.1 0.1 0.4 0.3 0.3 0.1 0.7 0.7 0.2 0.4 0.1 0.0 0.3 -0.3 -0.2 0.0 0.3 0.5 0.7 0.8 1.0<br />

Myo -0.1 -0.1 -0.1 0.1 -0.4 -0.2 0.1 0.4 0.3 0.1 0.3 0.3 0.2 0.3 0.1 0.2 -0.1 -0.3 -0.2 -0.4 0.4 0.2 0.6 0.3 0.3 1.0<br />

G -0.1 0.0 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 -0.1 0.1 -0.2 0.0 0.0 0.1 0.2 0.1 0.1 0.3 -0.1 -0.1 0.1 -0.1 0.0 0.2 0.2 0.0 -0.1 0.1 1.0<br />

H 0.2 0.2 0.3 0.0 0.3 0.3 0.1 -0.4 -0.1 0.0 -0.4 -0.5 -0.2 -0.3 0.0 -0.2 0.1 0.6 0.3 0.5 -0.2 -0.3 -0.5 -0.4 -0.2 -0.4 -0.5 1.0<br />

I -0.3 0.0 0.0 0.1 -0.2 -0.3 0.0 0.2 0.1 0.0 -0.2 -0.3 -0.1 -0.2 0.0 0.0 -0.4 -0.2 -0.2 -0.4 0.1 -0.1 0.0 -0.1 -0.2 0.3 -0.1 -0.2 1.0<br />

Suc -0.5 0.1 -0.2 0.2 -0.2 -0.1 0.2 0.7 0.0 0.7 0.2 0.0 0.5 0.4 0.6 0.6 0.2 0.0 0.2 -0.2 0.7 -0.3 -0.1 -0.1 0.0 0.2 -0.2 0.1 0.2 1.0<br />

Tre -0.2 -0.2 0.0 0.1 -0.3 -0.4 -0.1 0.2 0.0 -0.1 0.1 0.0 -0.1 -0.1 -0.1 0.0 -0.4 -0.4 -0.3 -0.6 0.1 -0.1 0.1 0.1 0.0 0.4 0.0 -0.4 0.9 0.1 1.0<br />

Mal 0.2 -0.1 -0.3 0.1 0.0 0.1 0.2 0.1 0.2 0.1 0.7 0.8 0.4 0.5 0.2 0.1 0.3 -0.3 -0.3 -0.2 0.1 0.2 0.5 0.6 0.5 0.1 0.2 -0.4 -0.3 -0.2 0.0 1.0<br />

J 0.2 0.2 -0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.1 0.1 0.6 0.6 0.4 0.3 0.1 0.2 0.2 -0.4 -0.2 -0.3 0.1 0.1 0.4 0.5 0.4 0.2 0.5 -0.5 -0.3 -0.1 0.0 0.7 1.0<br />

K 0.1 0.1 0.0 -0.1 0.0 0.1 0.0 0.1 -0.2 -0.1 0.2 0.4 0.1 0.0 -0.1 0.1 0.1 -0.3 -0.2 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.4 0.2 0.0 0.6 -0.4 -0.2 -0.2 0.1 0.5 0.7 1.0<br />

L 0.2 0.1 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.1 0.1 -0.1 0.0 0.4 0.6 0.2 0.2 0.0 0.1 0.2 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.3 0.4 0.4 0.3 -0.1 0.6 -0.4 -0.4 -0.3 -0.1 0.8 0.8 0.8 1.0<br />

Galol 0.1 -0.1 0.1 -0.2 -0.1 0.1 -0.2 -0.2 -0.4 -0.3 0.0 0.2 -0.1 -0.2 -0.3 0.1 0.1 -0.1 -0.1 0.0 -0.2 0.4 0.2 0.2 0.0 -0.1 0.6 -0.3 -0.2 -0.3 0.1 0.4 0.5 0.9 0.8 1.0<br />

M 0.4 0.0 0.4 -0.2 0.0 0.3 0.1 -0.3 -0.2 -0.4 0.0 0.1 -0.2 -0.3 -0.3 -0.2 0.0 0.1 0.0 0.3 -0.3 0.2 0.1 0.2 0.1 -0.1 0.2 0.3 -0.2 -0.4 -0.1 0.3 0.2 0.4 0.5 0.5 1.0<br />

N 0.1 -0.1 -0.4 0.2 -0.1 0.0 0.2 0.3 0.4 0.3 0.8 0.8 0.5 0.7 0.4 0.1 0.3 -0.4 -0.3 -0.3 0.4 -0.1 0.4 0.6 0.5 0.3 -0.1 -0.3 -0.3 0.1 -0.1 0.7 0.5 0.1 0.3 -0.1 0.0 1.0<br />

Raff 0.1 -0.1 -0.2 -0.1 0.0 0.0 0.1 0.3 0.1 0.1 0.7 0.7 0.4 0.4 0.2 0.1 0.3 -0.3 -0.2 -0.3 0.2 0.0 0.4 0.5 0.4 0.2 0.1 -0.4 -0.3 0.1 -0.1 0.6 0.6 0.4 0.4 0.1 0.1 0.8 1.0<br />

Myo-inositol<br />

Myo-inositol<br />

Proline<br />

In the WT Columbia, the proline level<br />

correlated with that of myo-inositol,<br />

although the metabolic pathways<br />

involved does not seem to be<br />

directely connected.<br />

Control<br />

GB<br />

Pro<br />

Salt<br />

Salt + GB<br />

Salt + Pro<br />

Proline<br />

In the mutant Eskimo, the relationship<br />

between proline and myo-inositol was<br />

not confirmed. This could result from<br />

<strong>de</strong>regulation of proline accumulation.<br />

Lugan et al., Metabolomics, 2006<br />

Conséquences métaboliques corrélatives <strong>de</strong> la mutation


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Profilage métabolique m<br />

du mutant pop2 d’Arabidopsis<br />

thaliana :<br />

Catabolisme du Gaba, métabolite m<br />

<strong>de</strong> stress<br />

Actions régulatrices, r<br />

fonction anaplérotique<br />

0 50 100 150<br />

NaCl (mM)<br />

Plus gran<strong>de</strong> sensibilité du mutant :<br />

- au NaCl<br />

- au Gaba<br />

Renault et al., BMC Plant Biol., 2010<br />

Renault et al., Plant Cell Physiol., 2011<br />

Renault et al., Plant Cell Env., 2012<br />

Ler pop2-<br />

Ler pop2-<br />

Ler pop2-<br />

Ler pop2-<br />

1<br />

2 5 1 1 4 4 1 81 13 1 47<br />

6<br />

pop2-<br />

4<br />

Ler<br />

Col-0<br />

GABA 1 mM<br />

pop2-<br />

1<br />

Catma arrays<br />

Roles régulateurs du Gaba


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Phénotypage<br />

métabolique du mutant pop2 d’Arabidopsis<br />

thaliana :<br />

Action racinaire du métabolisme m<br />

du Gaba<br />

Activité régulatrice du rapport C/N<br />

Renault et al., Plant Cell Env., 20112


2600000<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Phénotypage<br />

métabolique <strong>de</strong> lignées transformées (35S-OE)<br />

d’Arabidopsis<br />

thaliana exprimant le gène g<br />

CodA d’Arthrobacter<br />

globiformis impliqué dans la<br />

synthèse se <strong>de</strong> glycine bétaïne<br />

:<br />

Action osmoprotectrice <strong>de</strong> la GB<br />

Alia et al., Plant Mol. Biol., 1999<br />

Voies <strong>de</strong> biosynthèse <strong>de</strong> la glycine<br />

bétaïne chez différents organismes<br />

36 cycles<br />

36 cycles<br />

WT<br />

ANT5<br />

ANT7<br />

A/A20<br />

A/A2<br />

A20<br />

M<br />

GB<br />

(µmol/g MS) 0 6 0 10.6 9.1 0<br />

avec Cho 0 6.1 0 13.2 12.7 0<br />

Expression du transgène et teneurs en GB dans<br />

différentes lignées transformées<br />

Lugan et al., unpublished


2600000<br />

4.<br />

2400000<br />

2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

4. Métabotypage<br />

et <strong>métabolomique</strong><br />

<strong>fonctionnelle</strong><br />

Phénotypage<br />

métabolique <strong>de</strong> lignées transformées (35S-OE)<br />

d’Arabidopsis<br />

thaliana exprimant le gène g<br />

CodA d’Arthrobacter<br />

globiformis impliqué dans la<br />

synthèse se <strong>de</strong> glycine bétaïne<br />

:<br />

Action osmoprotectrice <strong>de</strong> la GB<br />

Log (codA control / WT control) Log (WT NaCl / WT control) Log (codA NaCl / WT control)<br />

Hierarchical classification (Ward) of metabolite levels in WT and codA<br />

transformants of Arabidopsis after Nacl treatment<br />

Lugan et al., unpublished


2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

Eléments <strong>de</strong> conclusion<br />

2600000<br />

2400000<br />

L’investigation <strong>de</strong>s ajustements métaboliques mis en oeuvre par les plantes exposées aux<br />

stress a largement été encouragée ces <strong>de</strong>rnières années grace au développement <strong>de</strong>s<br />

techniques et <strong>de</strong>s <strong>outil</strong>s <strong>de</strong> <strong>métabolomique</strong>.<br />

Des expériences récentes <strong>de</strong> profilage métabolique comparé d’espèces modèles<br />

apparentées à Arabidopsis ont contribué à la mise en évi<strong>de</strong>nce <strong>de</strong> configurations<br />

métaboliques adaptées à <strong>de</strong>s environnements osmotiquement ou thermiquement<br />

contraignants.<br />

………………………..<br />

Dans un futur très proche, davantage d’étu<strong>de</strong>s intégreront la <strong>métabolomique</strong> comme<br />

moyen d’appréhension <strong>de</strong> la biologie systémique appliquée à la compréhension <strong>de</strong>s<br />

moyens d’adaptation <strong>de</strong>s plantes aux stress.<br />

<strong>La</strong> sélection et l’amélioration génétique pour une agriculture performante et durable,<br />

adaptée à l’évolution prévisible du climat, encourage également à renforcer le<br />

développement <strong>de</strong>s <strong>outil</strong>s <strong>de</strong> phénotypage métabolique à haut débit apropriés à <strong>de</strong>s<br />

environnements biotiques et abiotiques contraignants et à la combinaison <strong>de</strong> stress.


2200000<br />

2000000<br />

1800000<br />

1600000<br />

1400000<br />

1200000<br />

1000000<br />

800000<br />

600000<br />

400000<br />

200000<br />

0<br />

15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00<br />

Remerciements<br />

2600000<br />

2400000<br />

Carole Deleu,<br />

Antoine Gravot,<br />

François <strong>La</strong>rher,<br />

<strong>La</strong>urent Leport,<br />

Françoise Le Cahérec,<br />

Maria Manzanares-Dauleux,<br />

Marie-Françoise Niogret,<br />

Chantal Monnier,<br />

Solenne Berardocco,<br />

Christine <strong>La</strong>riagon<br />

Nathalie Marnet<br />

Dany Saligaut<br />

Benjamin Albert<br />

Raphaël Lugan<br />

Geoffrey Wagner<br />

Elise Sorin<br />

Institut <strong>de</strong> Génétique, G<br />

Environnement et<br />

Protection <strong>de</strong>s Plantes,<br />

Rennes, Le Rheu<br />

Collaborateurs : D. Renault (Rennes) ; A. Savouré (Paris VI) : M. Herzog (Grenoble) ;<br />

Y. Gibon (Bor<strong>de</strong>aux) ; JC Avice (Caen) ; R. Sulpice (Golm, Germany) ; J. Kopka (Golm,<br />

Germany)


Plateau <strong>de</strong> profilage métabolique<br />

et <strong>de</strong> <strong>métabolomique</strong> (P2M2)

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