Voies de synthèses des COVB

a. Les Terpénoïdes

Les terpénoïdes sont constitués d’au moins 40 000 composés (Tholl, 2015). Leurs fonctions sont multiples : maintien de la souplesse des membranes, respiration, photosynthèse, régulation de la croissance et du développement de la plante (Vranova et al., 2013), communication entre les individus (Steiner et Goldstein, 2007) et la défense contre les stress biotiques et abiotiques (Tholl, 2015).

Ils sont synthétisés selon la règle décrite par Ruzicka (1953), appelée la règle de l’isoprène.

L’ensemble de ces composés est synthétisé à partir d’un composé C5, l’isopentenyl

diphosphate (IPP), aussi appelé unité de base. Les composés comprenant plus de 5 carbones

dans leur structure résultent de l’association de plusieurs unités de base. Les C10 sont appelés

monoterpénoïdes et les C15 sont des sesquiterpénoïdes. L’IPP est synthétisé selon deux voies :

36 nommée « voie MEP (méthyllerythritol phosphate) » (Figure 1 - 3 et Tableau 1 - 3). Les deux voies permettent la formation de l'IPP. L’IPP synthétisé par chacune des voies ainsi que d’autres intermédiaires de synthèse peuvent être transférés d’une voie à l’autre afin de palier à une carence (Hemmerlin et al., 2012; Vranova et al., 2013; Tholl 2015). La synthèse de l’isoprène et des monoterpènes se fait par la voie MVA, dépendante de la quantité de pyruvate disponible dans le chloroplaste (Hemmerlin et al., 2012). Le pyruvate est un composé dont la biosynthèse dépend de la respiration et celle du GaP dépend de la photosynthèse. La biosynthèse des terpénoïdes est de ce fait liée à la lumière mais pourrait aussi être influencée

par la concentration de CO2 (Niinemets et al., 2004; Laothawornkitkul et al. 2009). Les

sesquiterpènes sont synthétisés à partir d’IPP issue de la voie MEP, dépendante de l’Acétyl-Coenzyme A. Cette molécule peut être formée selon de nombreuses voies métaboliques et n’est donc pas une source de limitation pour la synthèse des sesquiterpènes.

L’isoprène est directement produit à partir de l’isomère allylique de l’IPP, le diméthylallyle pyrophosphate (DMAPP). Les monoterpènes sont produits à l’aide d’une molécule d’IPP et d’une molécule de DMAPP. Pour leur part les sesquiterpènes sont synthétisés à partir d’une molécule d’IPP et de deux molécules de DMAPP.

Au sein de la plante, la synthèse et le stockage des terpénoïdes de moins de 15 carbones a lieu principalement dans des cavités dédiées telles que les canaux résinifères et les trichromes glandulaires. Les sesquiterpènes et les monoterpènes peuvent être stockés à la différence de l’isoprène. Le stockage impacte les émissions de la plante de même que les paramètres environnementaux (Grote et Niinemets, 2008).

b. Synthèse des composés oxygénés

Les composés organiques volatils oxygénés (COVO) sont une classe très disparate de composés. Cette classe regroupe l’ensemble des composés contenant au moins un atome d’oxygène dans sa structure. Ces composés possèdent des groupes fonctionnels différents tels qu’acide carboxylique (– COOH), carbonyle (- CO -), alcool (- COH). Les composés oxygénés sont biosynthétisés selon de nombreuses voies et dans différents compartiments des plantes. Ils sont pour la plupart émis dans des situations de stress, de défense ou à la suite de lésions physiques.

Le méthanol (6 % des émissions en COVB (Messina et al., 2016; Sindelarova et al., 2014)) est émis en période de croissance ou lors de la dégradation des végétaux par d’autres

organismes. Il est biosynthétisé à partir du glucose. Ce dernier est issu de la fixation du CO2

37 forme de pectine méthylée. La pectine est l’un des constituants de la paroi cellulaire des végétaux. La pectine selon son niveau de méthylation apporte de la souplesse à la paroi ou de la rigidité. La pectine peut être décomposée grâce à la méthylpectine estérase et former du méthanol. Le méthanol peut être oxydé dans la plante et former du formaldéhyde (Figure 1 - 3) (Laothawornkitkul et al. 2009).

L’acétone est principalement formée lors de la libération de cyanotoxines par la plante pour lutter contre les attaques d’herbivores ou de pathogènes. Ces cyanotoxines sont formées à partir d’acides aminés tels que la valine. L’une des cyanotoxines les plus répandues est la linamarine qui peut être stockée par les plantes. Lors de sa dégradation par les plantes, la linamarine forme de l’acétone et du cyanure d’hydrogène. Le cyanure d’hydrogène est éliminé par deux procédés. Le premier est la formation de l’acide aminé β-cyanoalanine à partir de cystéine ou de sérine. Le second consiste à éliminer l’ion cyanide en le faisant réagir avec du thiosulfate pour former du thiocyanate et du sulfite (Figure 1 - 3) (Zagrobelny et al., 2008; Zagrobelny et Møller, 2011).

La synthèse des oxygénés en C6-C9 est liée à la voie d’oxydation de l’acide linolénique (LOX)

qui se forme lors de la synthèse des acides gras au sein de la cellule. L’acide linolénique est dégradé par plusieurs enzymes. Des composés oxygénés de 6 à 9 atomes de carbone sont ainsi formés comme les « green leaf volatils » et le jasmonate de méthyle (MeJA) (Figure 1 - 3) (Laothawornkitkul et al., 2009; Koppman et Jürgen, 2007).

La dernière voie connue permettant la formation de composés oxygénés dépend de la synthèse de l’acide aminé aromatique (la phénylalanine). La phénylalanine permet ensuite de former plusieurs composés tels que le méthylbenzoate, le benzaldéhyde et le méthylsalcylate qui peuvent se retrouver émis dans l’atmosphère. Les composés aromatiques formés par cette voie permettent aux plantes d’attirer des pollinisateurs (Figure 1 - 3) (Laothawornkitkul et al., 2009).

L’ensemble de ces voies de biosynthèses des COVB est représenté de manière simplifiée sur la Figure 1 - 3.

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Figure 1 - 3. Description des voies métaboliques de formation des COVB dans les feuilles et/ou les fleurs et les racines des plantes. Les composés volatils sont entourés en noir. (adaptée de Laothawornkitkul et al. (2009))

Tableau 1 - 3. Abréviations de la Figure 1 - 3

Abréviations Noms Abréviations Noms

oms

Abréviations Noms

ACC Acide 1-aminocyclopropane-1-carboxylique AdoMét S-adénosyl-L-méthionine CoA Coenzyme A

DAHP 3-déoxy-D-arabino-heptulonosate DMAPP Diméthylallyl diphosphate FPP Féranésyl diphosphate

F6P Fructose-6-phosphate GaP Glycéraldéhyde-3-phosphate GPP Géranyl diphosphate

GGPP Géranylgéranyl diphosphate HG Acide homogalaturonique Indole-3GP Indole 3-glycérol phosphate

IPP Isopentenyl diphosphate JA Acide jasmonique LOX Lipoxygénase

MeBA Benzoate de méthyle MeJA Jasmonate de méthyle MEP Méthyllerythritol phosphate

MeSA Salicylate de méthyle MVA Mévalonate OPDA Acide 12-oxo-phytodiénoïque