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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