editorial did you say metabolomics? 2016-11-26آ  haben sie metabolomik gesagt? did you say...

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EDITORIAL

Special feature: metabolomics

A new analytical service 2

Un nouveau service analytique 3

Eine neue analytische Servicestelle 4

Metabolomics of maize 5

Métabolomique du maïs 6

Metabolomik von Mais 7

Lipid synthesis 8

La synthèse des lipides 9

Lipidsynthese 10

The Achilles heel of chloroplasts 11

Le talon d’Achille des chloroplastes 12

Die Achillesferse der Chloroplasten 13

Chemical responses to plant stress 14

Les réponses chimiques

au stress des plantes 15

Chemische Reaktionen

von Pflanzen auf Stress 16

In short / en bref / kurz gesagt 17-19

Agenda 20

Vous avez dit métabolomique ?

Haben Sie Metabolomik gesagt?

Did you say metabolomics?

Science moderne combinant la bioinformatique et la biostatistique, la

métabolomique a récemment pris son essor en biologie systémique

végétale. A partir de la saisie d’une multitude de données, cette méthodo-

logie puissante permet d’appréhender de manière globale les réponses

biochimiques des plantes suite à des stimuli externes. Ces réponses

se traduisent par la production de nombreuses petites molécules qui

interviennent dans la lutte contre des pathogènes ou dans l’adaptation

des plantes aux changements des conditions environnementales.

Grâce à la métabolomique, le Service de chimie analytique (CAS)

récemment établi à l’Université de Neuchâtel offre de nouvelles voies

d’investigations. Mais pour quelles applications concrètes ? C’est à

découvrir dans ce numéro.

A modern science combining bioinformatics and biostatistics,

metabolomics has recently taken off in the field of plant systemic biology.

From the input of a multitude of data, this powerful methodology makes

it possible to grasp in a global way the biochemical plant responses to

external stimuli. These responses result in the production of numerous

small molecules that intervene in the control of pathogens or plant adapta-

tion to changes in environmental conditions. Thanks to metabolomics, the

newly created Chemical Analytical Service (CAS) at the University of

Neuchâtel offers new research tools. For which specific applications you

ask? You will find the answers in this issue.

Die Metabolomik, eine moderne Wissenschaft, die Bioinformatik und

Biostatistik miteinander kombiniert, hat kürzlich ihren erfolgreichen

Einzug in die Pflanzenbiologie gehalten. Ausgehend von der Erfassung

einer Vielzahl an Daten ermöglicht diese leistungsstarke Methode bioche-

mische Reaktionen von Pflanzen auf äusserliche Reize auf umfassende

Weise zu begreifen. Diese Reaktionen äussern sich durch die Produktion

von zahlreichen kleinen Molekülen, die bei der Abwehr von Krankheits-

erregern oder bei der Anpassung der Pflanzen an sich verändernde

Umweltbedingungen aktiv werden. Dank der Metabolomik kann die

Servicestelle für Analytische Chemie (CAS), die vor kurzem an der

Universität Neuenburg eingerichtet wurde, neue Untersuchungswege

anbieten. Wo aber finden sie konkrete Anwendung? Wir laden Sie ein,

dies in dieser Ausgabe zu entdecken.

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METABOLOMICS

This pharmacist specialised in analytical chemistry

applied towards plant analysis has recently

finished his PhD thesis at the University of Geneva

under the supervision of Professor Jean-Luc

Wolfender, a member of the NCCR Plant Survival.

Using a metabolomic approach, he studied the

rapid plant response to mechanical injuries, which

consists in producing plant hormones such as

jasmonates. Hence, the young researcher chose

a theme already explored by the NCCR Plant

Survival that can from now on be studied from an

analytical angle.

At the heart of this brand new equipment is a

mass spectrometer QTOF. “It’s one of the most

sophisticated mass spectrometers for identifying

low molecular weight molecules within complex

extracts, states Gaétan Glauser. What sets it

apart from other analytical devices is its capa-

bility to generate ions and fragments with very high

mass accuracy. This is essential for identifying

secondary metabolites such as flavonoids,

alkaloids, glucosinolates, fatty acids, galactoli-

pids or plant hormones.”

The device is especially recommended for

measuring biochemical variations in plants after

experiencing an environmental stress: insect

herbivores, pathogens, wounds, cold or heat, drought

or water excess, light, pollutants, absorption of heavy

metals. The parameters are valuable for evaluating

seasonal influences, soil quality or climatic factors.

Not to mention the comparison between mutant,

transgenic and non-modified plants.

The new service of the SPSW has already reso-

nated with Felix Kessler, whose group studies

plastoglobules. Within the plant cell, these

lipoprotein particles located in the chloroplasts

serve as storage compartments for vitamins

K and E. The researchers are interested in the

metabolites found in plastoglobules, mainly

fatty acids as well as derivatives or precursors

of the vitamins K and E. These studies are part

of research aimed at using plants as protein

producers that might interest the pharmaceu-

tical or cosmetic industry.

Another analytical field tested deals with toxic

substances released by maize when confronting

insect pathogens (see p. 5). It involves secondary

metabolites that the CAS could help in identi-

fying. Other research groups from different Swiss

universities have also made use of the services

offered in Neuchâtel.

Apart from its community service, the CAS also

organises annual courses on mass spectro-

metry and chromatography for non-specialists

who intend to use these techniques for their

research.

www.unine.ch/spsw

The reputation of the chemistry department in Neuchâtel and of the NCCR Plant Survival helped in creating a new service at the University in analytical chemistry focusing on metabolomics. Financed by the Swiss Plant Science Web (SPSW), this new chemical analytical service (CAS) started in April 2010 under the responsibility of Gaétan Glauser.

A new analytical service

A diagram of a mass spectrometer that measures the ion mass with

a precision of four decimal places

Schéma d‘un spectromètre de masse qui permet de mesurer la masse des ions

avec une précision de quatre décimales

Schema eines Massenspektrometers, der die Masse der Ionen mit einer Genauigkeit von vier

Stellen hinter dem Komma messen kann

3

Ce pharmacien de formation spécialisé dans

la chimie analytique appliquée à l’analyse de

plantes vient de terminer une thèse de doctorat

à l’Université de Genève dans le groupe de

Jean-Luc Wolfender, lui-même membre du

NCCR Survie des plantes. Sa thématique ?

Etudier la réponse rapide des plantes à des

blessures mécaniques, qui se traduit principa-

lement par la production d’hormones végétales

comme les jasmonates, par des approches de

type métabolomique. Ainsi, le jeune chercheur

a choisi une thématique qu’explore également

le NCCR Survie des plantes, mais qu’on pourra

désormais étudier sous l’angle analytique.

Le cœur de cet équipement flambant neuf est

un spectromètre de masse QTOF. « C’est un des

spectromètres de masse les plus sophistiqués

pour identifier des petites molécules au sein

d’extraits complexes, précise Gaétan Glauser.

Contrairement à d’autres appareils d’analyse,

il permet de générer des ions et des fragments

avec une exactitude en masse particulièrement

élevée, indispensable à l’identification de méta-

bolites secondaires tels que les flavonoïdes,

alcaloïdes, glucosinolates, acides gras, galacto-

lipides, ou les hormones végétales. »

L’appareil est particulièrement recommandé

pour la mesure de variations biochimiques des

plantes suite à un stress extérieur : insectes

herbivores, pathogènes, blessure, froid ou

chaleur, sécheresse ou excès d’eau, lumière,

polluants, ou encore absorption de métaux.

Ces paramètres sont précieux pour évaluer

l’influence des saisons, de la qualité des sols

ou des facteurs climatiques. Sans parler de la

comparaison entre plantes mutantes, transgé-

niques et leurs cousines non-modifiées.

Le nouveau service du SPSW a déjà trouvé écho

auprès de Felix Kessler, dont le groupe étudie les

plastoglobules, ces microgouttelettes lipidiques

situées dans les chloroplastes, lieu de stockage

des vitamines K et E au cœur des cellules végé-

tales. On s’intéresse ici aux métabolites contenus

dans les plastoglobules, principalement des

acides gras, ainsi qu’à des