FR3101357A1 - PROCESS FOR PRODUCING 1,2,4-BUTANETRIOL FROM A PLANT - Google Patents

PROCESS FOR PRODUCING 1,2,4-BUTANETRIOL FROM A PLANT Download PDF

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Abstract

L'invention porte sur un procédé naturel de production du 1,2,4-butanetriol à partir de Cakile maritima caractérisé en ce que la plante est soumis à un stress salin pendant sa période de croissance pour augmenter la production de 1,2,4-butanetriol par ladite plante. Figure à publier avec l’abrégé : FIGURE 2.Disclosed is a natural process for the production of 1,2,4-butanetriol from Cakile maritima characterized in that the plant is subjected to salt stress during its growing period to increase the production of 1,2,4 -butanetriol by said plant. Figure to be published with the abstract: FIGURE 2.

Description

PROCEDE DE PRODUCTION DU 1,2,4-BUTANETRIOL A PARTIR D’UNE PLANTEMETHOD FOR PRODUCING 1,2,4-BUTANETRIOL FROM A PLANT

La présente invention se situe dans le domaine de la production du 1, 2, 4-butanetriol, molécule d’intérêt industriel. La présente invention concerne plus particulièrement un procédé de production du 1,2,4- butanetriol à partir de plante halophyte, en particulierCakile maritima.The present invention lies in the field of the production of 1, 2, 4-butanetriol, a molecule of industrial interest. The present invention relates more particularly to a process for the production of 1,2,4-butanetriol from halophyte plants, in particular Cakile maritima .

Le 1,2,4-butanetriol est un produit chimique de base qui a une grande variété d’utilisations et dans différents domaines. En tant qu'important produit chimique, le butanetriol a des applications polyvalentes dans de nombreux domaines et a suscité un intérêt considérable ces dernières années. Par exemple, il peut être utilisé dans la production de solvants et dans la synthèse de divers produits pharmaceutiques, tels que des médicaments anti-viraux et hypocholestérolémiants, entre autres (Crestor® et Zetia®). Le butanetriol est également le précurseur direct de la fabrication du trinitrate de butanetriol, un excellent plastifiant énergétique pour remplacer la nitroglycérine, qui est moins volatile, thermiquement plus stable et offre de meilleures propriétés à basse température. Ainsi, le 1, 2, 4-butanetriol est un composé utile dans l'industrie.1,2,4-Butanetriol is a basic chemical that has a wide variety of uses and in different areas. As an important chemical, butanetriol has versatile applications in many fields and has attracted considerable interest in recent years. For example, it can be used in the production of solvents and in the synthesis of various pharmaceutical products, such as anti-viral and cholesterol-lowering drugs, among others (Crestor® and Zetia®). Butanetriol is also the direct precursor to the manufacture of butanetriol trinitrate, an excellent energy plasticizer to replace nitroglycerin, which is less volatile, more thermally stable and has better low temperature properties. Thus, 1, 2, 4-butanetriol is an industrially useful compound.

Les méthodes actuelles de production de 1,2,4-butanetriol utilisent des matières premières dérivées du pétrole et produisent des sous-produits nocifs pour l’environnement. Le moyen le plus courant de produire ce produit chimique consiste à utiliser du borohydrure de sodium (NaBH4) pour réduire chimiquement l’acide malique en 1,2,4-butanetriol. Cependant, le processus génère une grande quantité de sels de borate. L’élimination de ces sels provoque une pollution. La chromite et le rubidium peuvent également être utilisés comme catalyseurs pour la production de 1,2,4-butanetriol, mais ces méthodes nécessitent des températures et des pressions élevées, ainsi que des sous-produits toxiques (Campbell, C. J. & Hinshaw, J. C. inventors; Thiokol Corporation, assignee. Making 1,2,4-butanetriol by hydroformylation of glycidol. United States patent US 4410744. 1983 Oct 18.).Current methods of producing 1,2,4-butanetriol use petroleum-derived raw materials and produce environmentally harmful by-products. The most common way to produce this chemical is by using sodium borohydride (NaBH4) to chemically reduce malic acid to 1,2,4-butanetriol. However, the process generates a large amount of borate salts. The elimination of these salts causes pollution. Chromite and rubidium can also be used as catalysts for the production of 1,2,4-butanetriol, but these methods require high temperatures and pressures, as well as toxic by-products (Campbell, C. J. & Hinshaw, J. C. inventors Thiokol Corporation, assigned. Making 1,2,4-butanetriol by hydroformylation of glycidol. United States patent US 4410744. 1983 Oct 18.).

Ces dernières années, l'utilisation de la biomasse pour la production de produits chimiques à valeur ajoutée a suscité un intérêt considérable. Le xylose est le deuxième sucre le plus abondant dans la nature et un constituant majeur de l'hémicellulose dans la biomasse lignocellulosique. Un certain nombre de souches microbiennes de type sauvage ou de souches obtenues par génie génétique ont été isolées ou construites pour fermenter le xylose en vue de la production d'éthanol, de xylitol, de succinate, de lactate et d'autres produits importants. L'utilisation du xylose issu de la biomasse pour produire des produits chimiques d'origine biologique présente de nombreux avantages par rapport aux procédés pétrochimiques traditionnels, car il est fabriqué à partir de ressources renouvelables, possède des conditions de transformation douces et réduit la pollution environnementale. Les chercheurs ont également exploré de nouvelles voies pour la production de butanetriol et ont finalement mis au point un nouveau procédé pour produire du butanetriol à partir du xylose par conversion microbienne.In recent years, the use of biomass for the production of value-added chemicals has attracted considerable interest. Xylose is the second most abundant sugar in nature and a major constituent of hemicellulose in lignocellulosic biomass. A number of wild type and genetically engineered microbial strains have been isolated or engineered to ferment xylose for the production of ethanol, xylitol, succinate, lactate and other important products. Using xylose from biomass to produce bio-based chemicals has many advantages over traditional petrochemical processes because it is made from renewable resources, has mild processing conditions, and reduces environmental pollution. . Researchers also explored new routes for the production of butanetriol and ultimately developed a new process to produce butanetriol from xylose by microbial conversion.

Ainsi, la production de butanetriol est aujourd’hui réalisée principalement en fermenteurs par des cultures bactériennes d’Escherichia colimodifiées génétiquement (Wang et al. 2018, Bioresource technology ; Zhang et al. 2016, Enzyme and microbial technology). Ces cultures sont en général optimisées pour synthétiser le plus possible de butanetriol à partir d’un précurseur, le xylose, jusqu’à des concentrations de 4g/L au bout de 72h de culture (Cao et al.2015, Scientific reports). Ces méthodes de production en bioréacteurs sont limitées par des effets secondaires, en particulier l’accumulation de composés toxiques (Zingaro et al. 2012, Metabolic engineering).Thus, the production of butanetriol today is mainly carried out in fermenters by genetically modified bacterial cultures of Escherichia coli (Wang et al. 2018, Bioresource technology; Zhang et al. 2016, Enzyme and microbial technology). These cultures are generally optimized to synthesize as much butanetriol as possible from a precursor, xylose, up to concentrations of 4g/L after 72 hours of culture (Cao et al. 2015, Scientific reports). These production methods in bioreactors are limited by side effects, in particular the accumulation of toxic compounds (Zingaro et al. 2012, Metabolic engineering).

De façon surprenante, les inventeurs ont mis au point un nouveau procédé de production naturelle, dans des conditions contrôlées à partir de la plante halophyteCakile maritima. Le procédé selon la présente invention offre une solution alternative naturelle au dépend des méthodes classiques de l’art antérieur reposant essentiellement sur des méthodes chimiques ou à partir de bactéries ou plantes génétiquement modifiées.Surprisingly, the inventors have developed a new natural production process, under controlled conditions from the halophyte plant Cakile maritima . The method according to the present invention offers a natural alternative solution at the expense of the conventional methods of the prior art based essentially on chemical methods or from genetically modified bacteria or plants.

Par ailleurs, il n'existe, à notre connaissance, aucun art antérieur décrivant une méthode de production du 1,2,4-butanetriol à partir de plante, en particulierCakile maritima. Furthermore, to our knowledge, there is no prior art describing a method for producing 1,2,4-butanetriol from a plant, in particular Cakile maritima.

[Brève description de l’invention][Brief description of the invention]

Un but de l’invention est de permettre d’une production naturelle, respectueuse de l’environnement et produite sur des terrains marginaux (salins) évitant ainsi la concurrence avec des cultures alimentaires. L’invention vise également à offrir, de fait, une valorisation à haute valeur ajoutée dans le cadre de culture de remédiation des sols.An object of the invention is to allow natural production, respectful of the environment and produced on marginal (saline) land, thus avoiding competition with food crops. The invention also aims to offer, in fact, a high added value valuation in the context of soil remediation culture.

L’invention permet donc de développer un procédé alternatif et naturel ayant pour ambition de limiter l’impact sur l’environnement tel que la pollution engendrée par la production et permettre une culture de remédiation des sols salins.The invention therefore makes it possible to develop an alternative and natural process with the ambition of limiting the impact on the environment such as the pollution generated by production and allowing a culture of remediation of saline soils.

Selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé de production du 1,2,4-butanetriol à partir de planteCakile maritima, caractérisé en ce que ladite plante est exposé à un stress salin lors de sa culture, de préférence pendant sa période de croissance pour augmenter la production du 1,2,4-butanetriol.According to a first aspect, the invention relates to a process for the production of 1,2,4-butanetriol from the Cakile maritima plant, characterized in that said plant is exposed to salt stress during its cultivation, preferably during its period. growth to increase the production of 1,2,4-butanetriol.

Selon un mode de réalisation préféré, l’exposition à un stress salin comporte l’ajout de sels dans le milieu de culture d’une planteCakile maritima, de préférence sous la forme d’une solution saline concentrée, de façon à ce que le milieu de culture présente une concentration saline d'au moins 50mM, d’au moins 100mM, préférentiellement d’au moins 200mM, plus préférentiellement d’au moins 400mM et encore plus préférentiellement d’au moins 500mM.According to a preferred embodiment, the exposure to salt stress comprises the addition of salts to the culture medium of a Cakile maritima plant, preferably in the form of a concentrated saline solution, so that the culture medium has a salt concentration of at least 50 mM, of at least 100 mM, preferentially of at least 200 mM, more preferentially of at least 400 mM and even more preferentially of at least 500 mM.

En d’autres termes, l’exposition de la plante à un stress salin comprend l’ajout d'une solution saline aqueuse concentrée dans le milieu de culture d'au moins 50mM, d’au moins 100 mM, de préférence d’au moins 200mM, plus préférentiellement d’au moins 400mM et encore plus préférentiellement d’au moins 500mM.In other words, exposing the plant to salt stress includes adding a concentrated aqueous saline solution to the culture medium of at least 50 mM, at least 100 mM, preferably at least least 200mM, more preferably at least 400mM and even more preferably at least 500mM.

Selon un autre mode de réalisation préféré, l’exposition à un stress salin comporte l’ajout de sels dans un milieu de culture tous les deux jours, de préférence une solution saline aqueuse concentrée est ajoutée dans le milieu de culture tous les deux jours.According to another preferred embodiment, the exposure to salt stress comprises the addition of salts to a culture medium every other day, preferably a concentrated aqueous salt solution is added to the culture medium every other day.

Préférentiellement,Cakile maritimaest arrosé pendant au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours, à partir du début de la germination de ladite plante.Preferably, Cakile maritima is watered for at least 10 days, preferably at least 20 days, from the start of germination of said plant.

Par conséquent, l’exposition à un stress salin est maintenue dans le milieu de culture pendant au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours, de préférence la solution saline aqueuse concentrée est ajoutée dans le milieu de culture pendant au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours, à partir du début de la germination de ladite plante.Therefore, exposure to salt stress is maintained in the culture medium for at least 10 days, preferably at least 20 days, preferably the concentrated aqueous saline solution is added to the culture medium for at least 10 days, preferably at least 20 days from the start of germination of said plant.

Selon un procédé de l'invention, la culture est réalisée sur plante entière ou en culture cellulaire. Selon un mode préféré, la culture sur plante entière est réalisée en serre. Selon un mode préféré, la culture cellulaire est réalisée dans un bioréacteur.According to a method of the invention, the culture is carried out on a whole plant or in cell culture. According to a preferred mode, the culture on a whole plant is carried out in a greenhouse. According to a preferred mode, the cell culture is carried out in a bioreactor.

Lorsque la culture est réalisée sur plante entière,Cakile maritimaest arrosé à partir du début de la germination avec la solution saline aqueuse concentrée, de préférence lorsque la plante a développé le premier stade foliaire, encore plus préférentiellement à partir du stade foliaire « 4 feuilles ».When the culture is carried out on the whole plant, Cakile maritima is watered from the start of germination with the concentrated aqueous saline solution, preferably when the plant has developed the first leaf stage, even more preferably from the "4 leaf" leaf stage. ".

Avantageusement, l’exposition au stress salin est initiée à partir de la germination, de préférence lorsque la plante a développé le premier stade foliaire, encore plus préférentiellement à partir du stade foliaire « 4 feuilles ».Advantageously, exposure to salt stress is initiated from germination, preferably when the plant has developed the first leaf stage, even more preferably from the "4-leaf" leaf stage.

Selon un autre mode de réalisation, l’invention concerne un procédé de production du butanetriol permettant, notamment, de dessaler ou de remédier au sel et/ou aux sols pollués. Ainsi, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la plante est cultivée dans des sols salés et/ou pollués. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la planteCakile maritimaest récoltée après la période de croissance, de préférence le butanetriol est extrait après la récolte de ladite plante. Avantageusement, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la planteCakile maritimaest récoltée après la période de croissance et le butanetriol est extrait.According to another embodiment, the invention relates to a process for the production of butanetriol making it possible, in particular, to desalinate or to remedy salt and/or polluted soils. Thus, the process according to the invention is characterized in that the plant is cultivated in salty and/or polluted soils. According to another embodiment of the present invention, the Cakile maritima plant is harvested after the growth period, preferably the butanetriol is extracted after harvesting said plant. Advantageously, the method according to the invention is characterized in that the Cakile maritima plant is harvested after the growth period and the butanetriol is extracted.

L'invention est particulièrement adaptée à la production naturelle de 1,2,4-butanetriol tout en respectant les conditions environnementales notamment dans le cadre de culture de remédiation des sols (désalinisation, dépollution des sols).The invention is particularly suitable for the natural production of 1,2,4-butanetriol while respecting the environmental conditions, in particular in the context of soil remediation culture (desalination, soil depollution).

[Description de l’invention][Description of the invention]

D’autres objectifs, caractéristiques et avantages sortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins donnés à titre illustratif et non limitatif parmi lesquels :Other objectives, characteristics and advantages will emerge from the detailed description which follows with reference to the drawings given by way of illustration and not limitation, among which:

la figure 1 représente l’abondance relative (taux relatif) de butanetriol présente chez Cakile maritima après 10 jours de traitement selon un mode de réalisation possible de l’invention ; FIG. 1 represents the relative abundance (relative level) of butanetriol present in Cakile maritima after 10 days of treatment according to a possible embodiment of the invention;

la figure 2 représente l’abondance relative (taux relatif) de butanetriol présente chez Cakile maritima après 20 jours de traitement selon un mode de réalisation possible de l’invention ; FIG. 2 represents the relative abundance (relative level) of butanetriol present in Cakile maritima after 20 days of treatment according to a possible embodiment of the invention;

Il existe donc un besoin pour un procédé naturel permettant d’augmenter la production de 1,2,4-butanetriol à partir de plante, en particulierCakile maritima.There is therefore a need for a natural process making it possible to increase the production of 1,2,4-butanetriol from plants, in particular Cakile maritima .

Cakile maritimaest une plante halophyte, capable de terminer son cycle de vie jusqu’à des concentrations de 500 mM NaCl. On trouve cette plante dans la nature sur les littoraux du monde entier et en particulier sur les côtes françaises et bordant la méditerranée. Dans le cadre de l’invention, les inventeurs ont plus particulièrement étudié un écotype provenant de la région de Raoued en Tunisie. Les inventeurs se sont afférés à récolter les graines dans cette région et de les semer afin de les reproduire et obtenir de plus grande quantité de graines. Cakile maritima is a halophyte plant, able to complete its life cycle up to concentrations of 500 mM NaCl. This plant is found in nature on the coasts of the whole world and in particular on the French coasts and bordering the Mediterranean. In the context of the invention, the inventors have more particularly studied an ecotype originating from the region of Raoued in Tunisia. The inventors have been busy collecting the seeds in this region and sowing them in order to reproduce them and obtain a greater quantity of seeds.

Par « butanetriol », on entend au sens de l’invention le « 1,2,4-butanetriol » ou « 1,2,4-Trihydroxybutane » ou « 2-Deoxyerthritol » ou « Butane-1,2,4-Triol » (Numéro CAS : 3068-00-6) de formule I :By "butanetriol" is meant within the meaning of the invention "1,2,4-butanetriol" or "1,2,4-Trihydroxybutane" or "2-Deoxyerthritol" or "Butane-1,2,4-Triol (CAS Number: 3068-00-6) of Formula I:

Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de production du 1,2,4-butanetriol à partir de la planteCakile maritima, caractérisé en ce que ladite plante est exposé à un stress salin pendant sa période de croissance pour augmenter la production du 1,2,4-butanetriol. Ainsi, un stress salin est induit sur ladite plante via une exposition prolongée ou non à une solution saline, pendant la période de croissance de ladite plante, pour augmenter la production du 1,2,4-butanetriol. Avantageusement, le procédé comprend une étape finale de récolte deCakile maritimaà la fin de la période de croissance en vue de collecter le 1,2,4-butanetriol d’intérêt produit et synthétisé naturellement parCakile maritimasous des conditions de stress salin.According to a first aspect, the invention relates to a process for the production of 1,2,4-butanetriol from the Cakile maritima plant, characterized in that said plant is exposed to salt stress during its growth period to increase the production 1,2,4-butanetriol. Thus, a salt stress is induced on said plant via prolonged exposure or not to a saline solution, during the growth period of said plant, to increase the production of 1,2,4-butanetriol. Advantageously, the method comprises a final step of harvesting Cakile maritima at the end of the growth period with a view to collecting the 1,2,4-butanetriol of interest produced and synthesized naturally by Cakile maritima under salt stress conditions.

Plus particulièrement, après la récolte des graines d’intérêt et leur reproduction afin d’obtenir une grande quantité de graines deCakile maritima, les graines deCakile maritimaont été retirées de leurs gousses et plantées individuellement dans un sol humide composé à 90 % de compost et à 10 % de pierre de lave ou basalte. Les pots ont ensuite été transférés dans une serre et les plantes ont été maintenues dans des conditions de température ambiante et de luminosité pendant toute la durée de l'expérience. En particulier, une température moyenne élevée de 22 °C et une température moyenne basse de 17-21 °C, avec un cycle lumineux de 16L:8D et ce pendant la durée de croissance nécessaire à la plante. Les feuilles sont récoltées après au moins 10 jours de traitement, préférentiellement au moins 20 jours de traitement.More particularly, after the harvesting of the seeds of interest and their reproduction in order to obtain a large quantity of Cakile maritima seeds, the Cakile maritima seeds were removed from their pods and planted individually in a moist soil composed of 90% of compost and 10% lava rock or basalt. The pots were then transferred to a greenhouse and the plants were maintained under ambient temperature and light conditions for the duration of the experiment. In particular, an average high temperature of 22°C and an average low temperature of 17-21°C, with a light cycle of 16L:8D and this during the growth period necessary for the plant. The leaves are harvested after at least 10 days of treatment, preferably at least 20 days of treatment.

La présente invention concerne également un procédé de production du 1,2,4-butanetriol à partir de la planteCakile maritima, ledit procédé comprenant les étapes de :The present invention also relates to a method for producing 1,2,4-butanetriol from the Cakile maritima plant, said method comprising the steps of:

  1. ensemencement des graines deCakile maritima,sowing seeds of Cakile maritima ,
  2. exposition à un stress salin à partir de la germination de la plante et pendant sa période de croissance pour augmenter la production du 1,2,4-butanetriol, etexposure to salt stress from the germination of the plant and during its growth period to increase the production of 1,2,4-butanetriol, and
  3. après au moins 10 jours de traitement, avantageusement au moins 20 jours de traitement,Cakile maritimaest récolté afin d’obtenir le 1,2,4-butanetriol d’intérêt.after at least 10 days of treatment, advantageously at least 20 days of treatment, Cakile maritima is harvested in order to obtain the 1,2,4-butanetriol of interest.

Au sens de l’invention, on entend par « stress salin » une condition dans laquelle on applique essentiellement un excès d’ions, mais pas exclusivement, aux ions Na+et Cldans la rhizosphère et dans l’eau. Le stress salin déclenche à la fois un stress osmotique et un stress ionique et est accompagné souvent d’une baisse importante du potentiel hydrique. Le stress salin peut directement ou indirectement affecter le statut physiologique des plantes en changeant le métabolisme, la croissance et le développement des plantes. La grande majorité des stress salins est provoquée par des sels de sodium, particulièrement le NaCl. De ce fait, les termes halophytes et glycophytes font essentiellement référence aux stress provoqués par un excès de Na+.Within the meaning of the invention, the term “salt stress” is understood to mean a condition in which an excess of ions is applied essentially, but not exclusively, to the Na + and Cl ions in the rhizosphere and in the water. Salt stress triggers both osmotic stress and ionic stress and is often accompanied by a significant drop in water potential. Salt stress can directly or indirectly affect the physiological status of plants by changing plant metabolism, growth and development. The vast majority of salt stress is caused by sodium salts, particularly NaCl. Therefore, the terms halophytes and glycophytes essentially refer to the stresses caused by an excess of Na + .

De façon surprenante, les inventeurs ont ainsi identifié que ce changement de métabolisme modifiait significativement la quantité de butanetriol produit par ladite plante.Surprisingly, the inventors have thus identified that this change in metabolism significantly modifies the quantity of butanetriol produced by said plant.

On entend par stress salin, la condition dans laquelle est mise la plante avec l’ajout d’une solution saline aqueuse d’au moins 50mM, 60mM, 70mM, 80mM, 90mM, 100mM, 110mM, 120mM, 130mM, 140mM, 150mM, 160mM, 170mM, 180mM, 190mM, 200mM, 210mM, 220mM, 230mM, 240mM, 250mM, 260mM, 270mM, 280mM, 290mM, 300mM, 310mM, 320mM, 330mM, 340mM, 350mM, 360mM, 370mM, 380mM, 390mM, 400mM, 410mM, 420mM, 430mM, 440mM, 450mM, 460mM, 470mM, 480mM, 490mM, 500mM.By salt stress is meant the condition in which the plant is placed with the addition of an aqueous saline solution of at least 50mM, 60mM, 70mM, 80mM, 90mM, 100mM, 110mM, 120mM, 130mM, 140mM, 150mM, 160mm, 170mm, 180mm, 190mm, 200mm, 210mm, 220mm, 230mm, 240mm, 250mm, 260mm, 270mm, 280mm, 290mm, 300mm, 310mm, 330mm, 330mm, 340mm, 350mm, 360mm, 370mm, 380mm, 390mm, 400mm, 410mM, 420mM, 430mM, 440mM, 450mM, 460mM, 470mM, 480mM, 490mM, 500mM.

Selon un mode de réalisation préféré, l’exposition à un stress salin comporte l’ajout de sels dans le milieu de culture d’une planteCakile maritima, de préférence sous la forme d’une solution saline concentrée, de façon à ce que le milieu de culture présente une concentration saline d'au moins 50mM, d’au moins 100mM, préférentiellement d’au moins 200mM, plus préférentiellement d’au moins 400mM et encore plus préférentiellement d’au moins 500mM.According to a preferred embodiment, the exposure to salt stress comprises the addition of salts to the culture medium of a Cakile maritima plant, preferably in the form of a concentrated saline solution, so that the culture medium has a salt concentration of at least 50 mM, of at least 100 mM, preferentially of at least 200 mM, more preferentially of at least 400 mM and even more preferentially of at least 500 mM.

Par « milieu de culture » au sens de l’invention, on entend un milieu de culture adéquat et connu de l’homme du métier pour la culture cellulaire et notamment la culture en bioréacteur tel que le milieu Murashige et Skoog (MS, Murashige et al., 1962) ou un milieu de culture adéquat et connu de l’homme du métier pour la culture en serre ou en pleine terre. Par conséquent, l’ajout d’une solution saline aqueuse concentrée dans le milieu de culture peut par exemple être, une irrigation par une solution comprenant de l’eau et du sel, avantageusement NaCl, sur le système foliaire et/ou système racinaire des plantes cultivées en serre ou en pleine terre. Bien entendu, l’arrosage peut être automatique ou naturel. On entend par arrosage naturel un arrosage induit naturellement par le climat et la météo, par exemple un climat océanique en bord de mer qui est naturellement riche en NaCl. Pour la culture cellulaire, l’ajout d’une solution saline aqueuse concentrée dans le milieu de culture peut par exemple être le milieu de culture qui comprend une solution saline d’au moins 50mM, avantageusement le milieu de culture est enrichi d’une solution saline d’au moins 50mM pendant au moins 10 jours de traitement.By "culture medium" within the meaning of the invention, is meant a suitable culture medium known to those skilled in the art for cell culture and in particular culture in a bioreactor such as Murashige and Skoog medium (MS, Murashige and al., 1962) or a suitable culture medium known to those skilled in the art for culture in a greenhouse or in the ground. Consequently, the addition of a concentrated aqueous saline solution to the culture medium can, for example, be irrigation with a solution comprising water and salt, advantageously NaCl, on the leaf system and/or root system of the plants grown in greenhouses or in the ground. Of course, watering can be automatic or natural. By natural watering is meant watering induced naturally by the climate and the weather, for example an oceanic climate by the sea which is naturally rich in NaCl. For cell culture, the addition of a concentrated aqueous saline solution in the culture medium can for example be the culture medium which comprises a saline solution of at least 50 mM, advantageously the culture medium is enriched with a solution at least 50mM saline for at least 10 days of treatment.

Dans le cadre de la présente invention, l’arrosage en présence de solution saline aqueuse commence à partir du stade de croissance « 4 feuilles ».In the context of the present invention, watering in the presence of aqueous saline solution begins from the "4-leaf" growth stage.

Toutefois, selon un autre mode de réalisation,Cakile maritimaest arrosée à partir de la germination, de préférence lorsque la plante a développé le premier stade foliaire, de façon encore plus préférentielle lorsque la plante a atteint le stade croissance « 4 feuilles ».However, according to another embodiment, Cakile maritima is watered from germination, preferably when the plant has developed the first leaf stage, even more preferably when the plant has reached the “4 leaf” growth stage.

Ainsi, la solution saline aqueuse concentrée est ajoutée dans le milieu de culture à partir de la germination, de préférence lorsque la plante a développé le premier stade foliaire, encore plus préférentiellement à partir du stade foliaire « 4 feuilles ».Thus, the concentrated aqueous saline solution is added to the growing medium from germination, preferably when the plant has developed the first leaf stage, even more preferably from the "4-leaf" leaf stage.

Par « stade de croissance 4 feuilles », ou « plantes à 4 feuilles » on entend au sens de l’invention le moment ou la plante comprend 4 feuilles. L’observation des stades de croissance sont peu nombreux et basés sur le nombre de feuilles. Ainsi, le stade principal permettant le développement foliaire comprend une 1èreétape ou les cotylédons sont complètement étalés, une 2èmeétape ou la première paire de feuilles est étalées (stade 2 feuilles opposées), une 3èmeétape ou la deuxième paire de feuilles est étalées (stade 4 feuilles) et une 4èmeétape ou la première feuille alterne est étalée (stade 5 feuilles). Par conséquent, l’arrosage débute au sens de l’invention lorsque la deuxième paire de feuilles est étalées.By “4-leaf growth stage”, or “4-leaf plants” is meant within the meaning of the invention the moment when the plant comprises 4 leaves. The observation of growth stages are few and based on the number of leaves. Thus, the main stage allowing leaf development includes a 1st stage where the cotyledons are completely unfolded, a 2nd stage where the first pair of leaves is unfolded (stage 2 opposite leaves), a 3rd stage or the second pair of leaves is unfolded (4-leaf stage) and a 4th stage where the first alternate leaf is unfolded (5-leaf stage). Consequently, the watering begins within the meaning of the invention when the second pair of leaves is spread out.

Une fois la croissance arrivée au stade « 4 feuilles », les plantes sont arrosées tous les 2 jours avec des concentrations variables de solution saline aqueuse, en particulier solution de NaCl. Le traitement des plantes dure au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours. On entend au sens de l’invention par « traitement d’au moins 10 jours », un traitement de 10 jours, 11 jours, 12 jours, 13 jours, 14 jours, 15 jours, 16 jours, 17 jours, 18 jours, 19 jours et 20 jours. En particulier, au sens de l’invention, on entend par durée de traitement des plantes de 10 jours, l’instant où la plante a atteint le stade de croissance « 4 feuilles », suivi d’un arrosage pendant 10 jours. Selon un mode opératoire similaire, le traitement dure au moins 20 jours à partir du stade de croissance 4 feuilles.Once growth has reached the "4-leaf" stage, plants are watered every 2 days with varying concentrations of aqueous saline solution, particularly NaCl solution. Plant treatment lasts at least 10 days, preferably at least 20 days. Within the meaning of the invention, the term "treatment of at least 10 days" means a treatment of 10 days, 11 days, 12 days, 13 days, 14 days, 15 days, 16 days, 17 days, 18 days, 19 days and 20 days. In particular, within the meaning of the invention, the duration of plant treatment of 10 days is understood to mean the moment when the plant has reached the "4-leaf" growth stage, followed by watering for 10 days. According to a similar procedure, the treatment lasts at least 20 days from the 4-leaf stage of growth.

Des échantillons de feuilles sont prélevés à 10 jours et à 20 jours de traitement. Les feuilles 1 et 3 seront ensuite analysées à 10 jours et les feuilles 3 et 5 à 20 jours.Leaf samples are taken at 10 days and at 20 days of treatment. Sheets 1 and 3 will then be analyzed at 10 days and sheets 3 and 5 at 20 days.

Ainsi, le procédé selon l’invention, comprend l’ajout d’une solution saline aqueuse concentrée dans le milieu de culture pendant au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours. Le procédé selon l’invention comprend également l’ajout d’une solution saline aqueuse concentrée dans le milieu de culture tous les deux jours.Thus, the method according to the invention comprises the addition of a concentrated aqueous saline solution to the culture medium for at least 10 days, preferably at least 20 days. The method according to the invention also comprises the addition of a concentrated aqueous saline solution to the culture medium every two days.

En particulier, les plantes à 4 feuilles sont irriguées pendant une période d'au moins 20 jours avec 100 mL de solutions de NaCl de 0 mM à 500 mM tous les deux jours.In particular, 4-leaf plants are irrigated for a period of at least 20 days with 100 mL of 0 mM to 500 mM NaCl solutions every other day.

Selon un autre mode particulièrement avantageux de l’invention, le procédé est caractérisé en ce que la culture est réalisée sur plante entière ou en culture cellulaire.According to another particularly advantageous embodiment of the invention, the method is characterized in that the culture is carried out on a whole plant or in cell culture.

Avantageusement, la culture sur plante entière est réalisée en serre. Toutefois et de façon alternative, la culture peut être réalisée en pleine terre, notamment sur des sols marginaux ou inapte à la culture classique. La culture sur des terrains marginaux permet en outre d’éviter la concurrence avec des cultures alimentaires.Advantageously, the culture on a whole plant is carried out in a greenhouse. However, and as an alternative, cultivation can be carried out in the open ground, in particular on marginal soils or soils unsuitable for conventional cultivation. Cultivation on marginal land also avoids competition with food crops.

Par « terrains marginaux », on entend au sens de l’invention des terrains pollués, salins ou des terrains inaptes à la culture alimentaire.By "marginal land" is meant, within the meaning of the invention, polluted, saline land or land unsuitable for food cultivation.

Ainsi, le procédé selon l’invention est caractérisé en ce que la plante est cultivée directement dans le milieu de culture, ledit milieu de culture peut être naturellement concentrée en solution saline et/ou ledit milieu de culture peut être concentrée par l’ajout d’une solution saline.Thus, the method according to the invention is characterized in that the plant is cultivated directly in the culture medium, said culture medium can be naturally concentrated in saline solution and/or said culture medium can be concentrated by the addition of saline solution.

Selon un autre mode de réalisation la culture est réalisée en culture cellulaire, préférentiellement dans un bioréacteur. Ce mode est particulièrement avantageux afin de produire une grande quantité de 1,2,4-butanetriol dans des conditions contrôlées et un espace confiné relativement bon marché et prenant peu de place.According to another embodiment, the culture is carried out in cell culture, preferably in a bioreactor. This mode is particularly advantageous in order to produce a large quantity of 1,2,4-butanetriol under controlled conditions and a confined space relatively cheap and taking up little space.

L'établissement d'une culture en suspension cellulaire de l'halophyteCakile maritimaa notamment été décrit par les inventeurs (Ben Hamed et al. 2014).The establishment of a culture in cell suspension of the halophyte Cakile maritima has in particular been described by the inventors (Ben Hamed et al. 2014).

Les cultures deCakile maritimaont été initiées à partir d'une partie aérienne de plantules légères de 14 jours. Les graines ont été immergées dans de l'éthanol à 70% pendant 1 min, puis rincées avec de l'eau distillée stérile, immergées dans un agent de blanchiment chloré pendant 10 min et après avoir été rincées trois fois (5 min chacune) avec de l'eau distillée stérile. Les graines ont été placées dans une boîte de Pétri contenant du milieu Murashige et du Skoog, y compris des vitamines (MS, Murashige et al., 1962), avec 30 g.L-1de saccharose et 8 g.L-1d'agar. Le pH a été ajusté à 5,8 avec du KOH. Les segments de tige ont été coupés finement et ensuite placés sur un milieu inducteur de callus solide (CIM), contenant 6,2 gL-1de Gamborg B5 (Gamborg et al., 1968) complété avec 20 g de glucose, 8 gL-1agar et des régulateurs de croissance, 9,06 µM de 2,4 D et 0,46 µM de kinétine. Le pH a été ajusté à 5,7 avec du KOH. Après 2-3 semaines, des callosités sont apparues sur les côtés des segments. Lorsque la taille des callosités dépasse 1 cm, ils ont été divisés et transférés sur le milieu inducteur de callus.Cultures of Cakile maritima were initiated from an aerial part of 14-day-old light seedlings. The seeds were immersed in 70% ethanol for 1 min, then rinsed with sterile distilled water, immersed in chlorine bleach for 10 min and after being rinsed three times (5 min each) with sterile distilled water. The seeds were placed in a petri dish containing Murashige medium and Skoog, including vitamins (MS, Murashige et al., 1962), with 30 gL -1 of sucrose and 8 gL -1 of agar. The pH was adjusted to 5.8 with KOH. Stem segments were thinly sliced and then placed on solid callus inducing medium (CIM), containing 6.2 gL -1 Gamborg B5 (Gamborg et al., 1968) supplemented with 20 g glucose, 8 gL - 1 agar and growth regulators, 9.06 µM of 2.4 D and 0.46 µM of kinetin. The pH was adjusted to 5.7 with KOH. After 2-3 weeks, calluses appeared on the sides of the segments. When the size of the calluses exceeded 1 cm, they were divided and transferred to the callus-inducing medium.

Les cultures en suspension de cellules d'établissement deCakile maritimareposent sur environ 5 g de cals qui ont été transférés dans des fioles de 125 mL contenant du milieu MS frais additionné de 30 g.L-1de saccharose. Le pH a été ajusté à 5,7 avec du KOH. Les flacons ont été incubés sur un agitateur rotatif à 120 tr / min et maintenus à 22°C dans le noir. L'alimentation des cultures avec du milieu frais a été effectuée à des intervalles de 10 à 14 jours, au cours desquels les suspensions ont été laissées sous agitation (agitateur rotatif à 120 tours / minute). Cette procédure a été répétée pendant environ 8 semaines. Ensuite, la suspension a été repiquée tous les 7 jours en transférant 20 ml de culture dans 50 ml de milieu frais dans un erlen de 250 ml.Establishment cell suspension cultures of Cakile maritima are based on approximately 5 g of calli which have been transferred to 125 mL flasks containing fresh MS medium supplemented with 30 gL -1 of sucrose. The pH was adjusted to 5.7 with KOH. Flasks were incubated on a rotary shaker at 120 rpm and kept at 22°C in the dark. Feeding the cultures with fresh medium was carried out at intervals of 10-14 days, during which the suspensions were left under agitation (rotary agitator at 120 rpm). This procedure was repeated for about 8 weeks. Then, the suspension was subcultured every 7 days by transferring 20 ml of culture into 50 ml of fresh medium in a 250 ml Erlenmeyer.

Enfin, le traitement au sel pour des cellules en culture reposent sur l’ajout de 10 mL de solutions de NaCl dans le milieu de culture pour atteindre la concentration souhaitée. Des cellules anciennes ont été repiquées dans le milieu complémenté et cultivées pendant 7 jours dans un bioréacteur.Finally, salt treatment for cultured cells relies on adding 10 mL of NaCl solutions to the culture medium to achieve the desired concentration. Old cells were subcultured in the supplemented medium and cultured for 7 days in a bioreactor.

En ce qui concerne les cultures en suspension cellulaire deCakile maritima, les inventeurs ont déjà montré que les lignées cellulaires précédemment générées, conservaient les caractéristiques halophytes de la plante entière (Ben Hamed et al. 2014, Advances in Horticultural Science; 2016, Plant Science).Regarding the cell suspension cultures of Cakile maritima , the inventors have already shown that the previously generated cell lines retain the halophytic characteristics of the whole plant (Ben Hamed et al. 2014, Advances in Horticultural Science; 2016, Plant Science ).

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de production du butanetriol qui permet notamment, de dessaler ou de remédier au sel et/ou aux sols pollués. Avantageusement, ledit procédé comprend une étape dans laquelle la plante deCakile maritimaest récoltée après la période de croissance permettant l’export des polluants accumulés. Par conséquent, la valorisation de l’utilisation deCakile maritimapour la désalinisation ou la remédiation des sols pollués en complément de celle d’autres métabolites d’intérêt économique est d’intérêt.According to another aspect, the invention relates to a process for the production of butanetriol which makes it possible in particular to desalinate or remedy salt and/or polluted soils. Advantageously, said method comprises a step in which the Cakile maritima plant is harvested after the growth period allowing the export of the accumulated pollutants. Therefore, the valorization of the use of Cakile maritima for the desalination or the remediation of polluted soils in addition to that of other metabolites of economic interest is of interest.

D'autres aspects et avantages de l'invention seront divulgués dans les exemples suivants et doivent être considérés comme illustratifs et non limitatifs.Other aspects and advantages of the invention will be disclosed in the following examples and should be considered illustrative and not limiting.

EXEMPLES :EXAMPLES:

Les inventeurs ont caractérisé la capacité deCakile maritimaà produire du butanetriol en condition de stress salin sur plantes entières cultivées sous serre. Par ailleurs, les inventeurs maitrisent également, la culture en serre de la plante ainsi que les traitements salins. Les inventeurs ont par ailleurs développé une culture cellulaire de cette plante (Ben-Hamed et al. 2014).The inventors have characterized the capacity of Cakile maritima to produce butanetriol under saline stress conditions on whole plants grown in greenhouses. Furthermore, the inventors also master the greenhouse cultivation of the plant as well as the saline treatments. The inventors have also developed a cell culture of this plant (Ben-Hamed et al. 2014).

Cakile maritimaest une plante halophyte capable de compléter son cycle de vie dans un milieu contenant jusqu'à 500mM de NaCl.C. maritimavit sur les côtes du monde entier et notamment en France et tout autour de la Méditerranée. Cakile maritima is a halophyte plant capable of completing its life cycle in a medium containing up to 500mM of NaCl. C. maritima lives on the coasts of the whole world and in particular in France and all around the Mediterranean.

Les inventeurs ont effectué dans le cadre de leurs travaux de recherche, une étude du métabolome afin de décoder les changements du métabolisme des feuilles deC. maritimadans des conditions salines au fil du temps. Les inventeurs ont appliqué des concentrations de sel de 0 à 500mM NaCl et analysé le contenu métabolique des feuilles du stade foliaire 1 à 5. Grâce au logiciel Mev, les inventeurs ont réalisé un test Wilcoxson et généré des cartes thermiques pour chaque test statistique. Les inventeurs ont calculé un changement de facteur pour les métabolites statistiquement pertinents. Les inventeurs ont également observé des changements d'abondance relative dans les métabolites primaires et secondaires, tels que les alcaloïdes et les antioxydants, parmi lesquels le 1,2,4-butanetriol (butanetriol).The inventors carried out as part of their research work, a study of the metabolome in order to decode the changes in the metabolism of the leaves of C. maritima under saline conditions over time. The inventors applied salt concentrations from 0 to 500mM NaCl and analyzed the metabolic content of leaves from leaf stage 1 to 5. Using Mev software, the inventors performed a Wilcoxson test and generated heat maps for each statistical test. The inventors calculated a factor change for statistically relevant metabolites. The inventors have also observed relative abundance changes in primary and secondary metabolites, such as alkaloids and antioxidants, including 1,2,4-butanetriol (butanetriol).

De façon surprenante et inconnu à ce jour, les inventeurs ont découvert la présence du 1,2,4-butanetriol comme métabolite lorsqueCakile maritimaest cultivé en présence de concentration de sel.Surprisingly and unknown to date, the inventors have discovered the presence of 1,2,4-butanetriol as a metabolite when Cakile maritima is cultivated in the presence of salt concentration.

Ainsi, à 10 jours, les plantes traitées et non traitées produisent du butanetriol à un niveau de base (Fig. 1). En revanche et de façon complètement inattendue, après 20 jours, le traitement au sel augmente la production de butanetriol de manière dose-dépendante (Fig. 2). Ainsi, les résultats montrent une forte augmentation relative (de l’ordre de 20 fois) de la quantité de butanetriol en condition de stress salin.Thus, at 10 days, treated and untreated plants produced butanetriol at a basal level (Fig. 1). On the other hand and completely unexpectedly, after 20 days, the salt treatment increases the production of butanetriol in a dose-dependent manner (Fig. 2). Thus, the results show a strong relative increase (around 20 times) in the quantity of butanetriol under salt stress conditions.

À notre connaissance, la production naturelle de butanetriol a été jusqu'à présent détectée à un niveau basal uniquement chez 2 plantes : le blé (Tang et al. 2018, Physiologie et biochimie des plantes) et le maïs (Zhu et al. 2016, Ecologie appliquée des sols). Dans ce contexte, la présente invention présente un double intérêt : i)Cakile maritimaoffre une alternative à la production du butanetriol par OGM, et ii) la production deCakile maritimapeut être induite par le stress salin de manière dose-dépendante.To our knowledge, the natural production of butanetriol has so far been detected at a basal level only in 2 plants: wheat (Tang et al. 2018, Physiology and biochemistry of plants) and maize (Zhu et al. 2016, Applied Soil Ecology). In this context, the present invention has a double interest: i) Cakile maritima offers an alternative to the production of butanetriol by GMOs, and ii) the production of Cakile maritima can be induced by salt stress in a dose-dependent manner.

Claims (10)

Procédé de production du 1,2,4-butanetriol à partir de planteCakile maritima, caractérisé en ce que ladite plante est exposé à un stress salin lors de sa culture, de préférence pendant sa période de croissance pour augmenter la production du 1,2,4-butanetriol.Process for the production of 1,2,4-butanetriol from the Cakile maritima plant, characterized in that said plant is exposed to salt stress during its cultivation, preferably during its growth period to increase the production of 1,2 ,4-butanetriol. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’exposition à un stress salin comporte l’ajout de sels dans un milieu de culture d’une planteCakile maritima, de préférence sous la forme d’une solution saline concentrée, de façon à ce que le milieu de culture présente une concentration saline d'au moins 100mM, préférentiellement d’au moins 200mM.Method according to claim 1, in which the exposure to salt stress comprises the addition of salts to a culture medium of a Cakile maritima plant, preferably in the form of a concentrated salt solution, so that the culture medium has a saline concentration of at least 100 mM, preferably of at least 200 mM. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’exposition à un stress salin comporte l’ajout de sels dans un milieu de culture tous les deux jours.A method according to any preceding claim, wherein exposure to salt stress comprises adding salts to a culture medium every other day. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’exposition à un stress salin est maintenue dans le milieu de culture pendant au moins 10 jours, de préférence au moins 20 jours.A method according to any preceding claim, wherein the exposure to salt stress is maintained in the culture medium for at least 10 days, preferably at least 20 days. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la culture est réalisée sur plante entière ou en culture cellulaire.A method according to any preceding claim, wherein the cultivation is carried out on a whole plant or in cell culture. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la culture sur plante entière est réalisée en serre.A method according to claim 5, wherein the whole plant cultivation is carried out in a greenhouse. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la culture cellulaire est réalisée dans un bioréacteur.A method according to claim 5, wherein the cell culture is carried out in a bioreactor. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’exposition au stress salin est initiée à partir de la germination, de préférence lorsque la plante a développé le premier stade foliaire, encore plus préférentiellement à partir du stade foliaire « 4 feuilles ».Method according to any one of claims 1 to 6, in which the exposure to salt stress is initiated from germination, preferably when the plant has developed the first leaf stage, even more preferably from leaf stage "4 leaves ". Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la plante est cultivée dans des sols salés et/ou pollués.Process according to Claim 8, characterized in that the plant is cultivated in salty and/or polluted soils. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la planteCakile maritimaest récoltée après la période de croissance et le butanetriol est extrait.A method according to claim 9, wherein the Cakile maritima plant is harvested after the growth period and the butanetriol is extracted.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4410744A (en) 1982-08-02 1983-10-18 Thiokol Corporation Making 1,2,4-butanetriol by hydroformylation of glycidol

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