Mécanisme De Génération D'Énantiomères De Coton Phénol Et Création De Nouveaux Matériaux À Faible Toxicité Pour Les Graines De Coton

Nature Plants a publié en ligne un article de recherche intitulé directeur Gene editing of Gossypol enantiomers for toxicity - depleted COTTON SEEDS, rédigé par le Groupe de recherche Chen XiaoYa du Centre d'excellence et d'innovation en sciences moléculaires des plantes de l'Académie chinoise des sciences.L'étude a identifié et caractérisé les protéines clés dans le coton qui contrôlent la biosynthèse du lévogynol et du dextrogynol, dont l'élimination par des techniques d'édition génétique a permis d'obtenir des graines de coton peu ou pas toxiques sans effet significatif sur la résistance du coton aux insectes.Pour la première fois, ce travail a permis la sélection spécifique d'énantiomères de composés par l'édition de gènes, ouvrant de nouvelles voies de synthèse asymétrique de produits naturels complexes d'une grande importance pour l'amélioration génétique des cultures et la sélection par conception moléculaire.

Le gosphénol est une phytophystine terpénique importante dans le coton, largement présente dans les plantes du genre Cotton de la famille des Mauves.Il est généré par un couplage oxydatif de deux molécules d'hématinophène, est axialement Chiral et les deux énantiomères formés ont des activités biologiques très différentes (figure a).Parmi ceux - ci, le lévotranol est toxique pour la reproduction chez l'homme et les non - ruminants, limitant l'utilisation des riches huiles et protéines présentes dans les graines de coton.Bien que des variétés de coton entièrement exemptes de cotonnier aient été cultivées, ces variétés sont plus vulnérables aux maladies et aux parasites.En revanche, le dextramol n'affecte pas la production de sperme chez les mammifères, mais a une activité antimicrobienne anti - insecte similaire à celle du lévogynol.Ainsi, les graines de coton qui inhibent sélectivement la synthèse du L - cotonnier et qui conservent le Dextran peuvent conserver leur capacité de résistance aux insectes tout en réduisant la toxicité reproductive des graines de coton.

L'équipe a utilisé des analyses bio - informatiques et a découvert que deux gènes de la protéine Guide (dir), ghdir5 et ghdir6, sont co - exprimés avec des gènes connus pour la voie de synthèse du gossipol.Contrairement aux protéines enzymatiques, ghdir5 et ghdir6 sont sécrétés dans les glandes de coton, situées à l'extérieur des cellules.Ghdir5 et de nombreux gènes Dir sont disposés en tandem dans la même grappe de gènes Dir (A04), tandis que ghdir6 est isolé sur un autre Chromosome (d05) et isolé spatialement.Des expériences d'activation enzymatique ont montré que ghdir6 contrôlait la biosynthèse du dextranol, tandis que ghdir5 contrôlait la biosynthèse du lévogynol (figure a).L'étude a montré que le Knockout de ghdir5 par la technologie d'édition de gènes médiée par crispr - cas9 empêchait la formation de lévotranol dans les graines de coton (figure B), tandis que les niveaux de dexvotranol et d'autres terpénoïdes structurellement similaires n'ont pas changé de manière significative, préservant ainsi la résistance du coton aux insectes.Les graines de coton génétiquement modifiées avec une teneur réduite en lévonol présentaient une toxicité significativement plus faible pour les lignées cellulaires telles que les spermatocytes de souris que les graines de coton de type sauvage.En outre, la simulation moléculaire et l'analyse de mutation ont révélé trois résidus d'acides aminés clés des protéines de contrôle du lévogynol et du dextrogynol, qui jouent un rôle clé dans la sélectivité énantiomérique, tandis que, en combinaison avec l'analyse évolutive, le gène Dir responsable du lévogynol a été sélectionné il y a 5 à 13 millions d'années dans le processus d'évolution, de diffusion des plantes du genre cotton, qui est précisément le moment de la grande épidémie de rongeurs,On suppose que l'exubérance des rongeurs a accéléré l'apparition du lévogynol et de ses protéines de contrôle, qui sont toxiques pour la reproduction.

Variety, l'étude a identifié une protéine clé dans le coton qui contrôle la chiralité de l'axe du cotonnier, l'élimination sélective du lévocotonnier nocif pour les mammifères par l'édition génétique, non seulement peut maintenir la capacité de la maladie du coton, mais ouvre également de nouvelles voies pour l'utilisation sûre de la protéine de coton et de l'huile de coton.Cette étude a une valeur de référence importante pour la manipulation sélective de la formation d'isomères chiraux axiaux à l'aide de la biologie synthétique.En outre, ghdir5 peut être utilisé pour la production industrielle de lévotranol, offrant une nouvelle voie technologique pour la préparation de précurseurs de médicaments anti - spermatozoïdes, antiviraux et antitumoraux.

Les efforts de recherche sont soutenus par le programme national de recherche et développement clés, l'Académie des sciences et de la technologie de pointe stratégique, le Fonds national des sciences naturelles, etc.Des chercheurs scientifiques de l'Institut de recherche botanique de Kunming de l'Académie chinoise des sciences, du laboratoire de semences de la baie de qizhou, dans la province de Hainan, etc., ont participé à la recherche.

La modification génétique ghdir5 réduit la toxicité reproductive des graines de coton.(A) Le glycophénol est formé par couplage oxydatif de deux molécules d'hémi - glycophénol.Ghdir5 et ghdir6 contrôlent respectivement la production de lévogynol et de dextrogynol.(b) les graines de coton de la lignée de coton Knock - out ghdir5 présentaient une proportion significativement plus faible de lévonol.