Etude de l’impact de l’environnement et de la génétique sur la qualité nutritionnelle du colza par une approche métabolomique

Francés. Le colza (Brassica napus) est la première espèce oléagineuse en France. Elle est cultivée pour la richesse de ses graines en lipides et protéines. Elle possède aussi des métabolites secondaires bioactifs pouvant moduler la santé du consommateur. Ainsi différentes actions ont été mises en place par les industries agroalimentaires pour réduire le taux de métabolites antinutritionnels. A l’inverse peu sont consacrés à l’exploitation des métabolites favorables à la santé. L’une des pistes est d’identifier les conditions de culture en interaction avec les génotypes pour générer des graines de qualité nutritionnelle optimale. Cee projet s’intéresse à l’exploration de la fraction polaire du métabolome de graines issues de plusieurs variétés commerciales de Brassica napus, et à son retentissement sur la santé. Au cours de ce projet différentes variétés de colza, ont été cultivées dans différentes régions de France et récoltées en 2015 et 2016 et leur qualité évaluée par une approche métabolomique. D’une manière générale, les résultats ont montré que certaines variétés sont résilientes à l’environnement comme les variétés Pamela, Bonanza, ES-Mambo, Alicante et PT256. D’autres au contraire se sont montrées plus sensibles à l’environnement, ce qui laisse présager la manipulation de ce facteur pour obtenir des graines de qualité voulue. Le contraste en métabolites secondaires entre les variétés reflète l’influence de l’interaction entre le fond génétique et l’environnement. Nous avons choisi deux types de graines qui présentaient le contraste le plus marquée pour la qualité de leurs métabolites secondaires, afin de valider si des différences qualitatives de cet ordre peuvent manifester par une réponse biologique différente chez le consommateur. Cette réponse a été évaluée sur un modèle préclinique de souris ob/ob par une approche multi-omique, et comparée à celle d’un extrait de référence issu de Brassica oleracea (Brocoli) commercialisé pour ces vertus santé. Les résultats ont montré que la réponse biologique « omique » mesurée dans l’intestin, le foie et le plasma présentait une forte proximité entre l’un des extrait de colza (ES-Mambo) avec l’extrait de référence (Brocoli). Nous pensons que cela résulte de la présence de composés bioactifs communs et minoritaires entre les deux plantes et dont nous avons pu identifier la nature de certains (polyphénols et glucosinolates). La réponse biologique intégrée indiquait que les deux extraits régulaient de façon bénéfique certains processus métaboliques, le métabolisme des lipides, la fonction immunitaire, ainsi que les métabolismes des nucléosides et lipidiques du microbiote. Il apparaissait d’ailleurs une coordination vaste des phénomènes biologiques entre le microbiote et l’hôte. Notre évaluation biologique à large spectre indique ainsi que la variété ES-Mambo possède des propriétés analogues à l’extrait de Brocoli de référence commercialisé pour ces vertus santés. Ces résultats permettent de considérer une valorisation de l’extrait provenant de la variété ES-Mambo. En conclusion, l’approche métabolomique utilisée dans cette étude s’est révélée comme une approche puissante pour identifier les sources de variations naturelles apportées par l'environnement et le génotype qui impactent la qualité nutritionnelle de la graine de colza. De plus, notre approche holistique multi-échelles a permis d’estimer l'impact réel sur la santé d'extraits phytochimiques, non évalués auparavant. L’approche a démontré que les conditions de culture et le génotype du colza ayant modifié leur contenu bioactif induisaient une réponse biologique différentielle chez le consommateur.

Inglés. Rapeseed (Brassica napus) is the first oleaginous crop in France. It is cultivated for the abundance of its seeds in lipids, proteins as well as for its richness in secondary metabolites that can modulate the health of the consumer. Thus different actions have been implemented by food and feed industries to reduce the rate of anti-nutritional metabolites. Conversely few are devoted to the exploitation of health promoting molecules. One of the ways is to identify the conditions of culture in interaction with the genotypes to generate seeds of optimal nutritional quality. This project focuses on the exploration of the polar fraction of the metabolome of several commercial varieties of Brassica napus and its repercussions on health. During this project different varieties of rapeseed, grown in different regions of France were harvested during 2015 then 2016, and their quality assessed by a metabolomic approach. In general, the results showed that some varieties are resilient to the environment such as Pamela, Bonanza, ES-Mambo, Alicante and PT256. Others, on the other hand, have shown themselves to be more sensitive to the environment, which suggests the manipulation of this factor to obtain seeds of the desired quality. The contrast regarding the secondary metabolites observed between varieties reflects the influence of the interaction between the genetic background and the environment. We chose two types of seeds that had the most highlighted contrast regarding the quality of their secondary metabolites, in order to validate whether qualitative differences of this kind can be manifested by a different biological response in the consumer. This response was evaluated on a preclinical model ob/ob mouse by a multi-omic approach, and compared to a reference extract from Brassica oleracea (Broccoli), marketed for its health benefits. The results showed that the "omic" biological response measured in the intestine, liver and plasma showed a strong proximity between one of the rapeseed extract (ES-Mambo) and the reference extract (Broccoli). We believe that this results occur from the presence of common bioactive compounds between the two plants (rapeseed and broccoli), which we have been able to identify some of them (polyphenols and glucosinolates). The integrated biological response indicated that both extracts beneficially regulated certain metabolic processes, lipid metabolism, immune function, and nucleoside and lipid metabolism of the microbiota. Moreover, there appeared to be a vast coordination of biological phenomena between the microbiota and the host. Thus, our broad spectrum bioassay indicates that the ES-Mambo variety has properties similar to the Broccoli extract, marketed for its health benefits. These results allow to consider a valorization of the extract coming from the variety ES-Mambo. In conclusion, the metabolomic approach used in this study proved to be a powerful approach to identify the sources of natural variations brought by the environment and the genotype that impact the nutritional quality of the rapeseed. In addition, our holistic, multi-scale approach has made it possible to estimate the real health impact of phytochemical extracts that have never been evaluated before. The approach demonstrated that the culture conditions and the genotype of rapeseed that modified their bioactive content induced a differential biological response in the consumer.