editorial did you say metabolomics? 2016-11-26آ haben sie metabolomik gesagt? did you say...
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Contents / Sommaire / Inhalt
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.
2
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