Clément Dégut, Michel A. Haring, Robert C. Schuurink, Sylvie Baudino, Jean-Louis Magnard, Ahmed Abd-El-Haliem, Jean-Claude Caissard, Saretta N. Paramita, Laurence Hibrand-Saint Oyant, Pulu Sun, Aurélie Bony, Corentin Conart, Fabrice Foucher, Tatiana Thouroude, Julien Jeauffre, Carine Tisné, Stéphane Réty, Raymonde Baltenweck, Philippe Hugueney, Jordan Marie-Magdelaine, Plant Physiology (SILS, FNWI), Swammerdam Institute for Life Sciences (SILS), University of Amsterdam [Amsterdam] (UvA), Laboratoire de Biotechnologies Végétales appliquées aux Plantes Aromatiques et Médicinales (LBVPAM), Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Expression Génétique Microbienne (EGM (UMR_8261 / FRE_3630)), Institut de biologie physico-chimique (IBPC (FR_550)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP), Laboratoire de biologie et modélisation de la cellule (LBMC UMR 5239), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut de Recherche en Horticulture et Semences (IRHS), Université d'Angers (UA)-AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Santé de la vigne et qualité du vin (SVQV), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Region Auvergne-Rhone-Alpes, CNRS GDR MediatEC: 3658, French National Research Agency (ANR)., Université Jean Monnet [Saint-Étienne] (UJM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), École normale supérieure - Lyon (ENS Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-AGROCAMPUS OUEST, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Université d'Angers (UA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Louis Pasteur - Strasbourg I, CNRS GDR MediatEC : 3658., ANR: ANR, Laboratoire de Biotechnologies Végétales appliquées aux Plantes Aromatiques et Médicinales (BVPAM), Université Jean Monnet - Saint-Étienne (UJM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université d'Angers (UA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-INSTITUT AGRO Agrocampus Ouest, Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro), and ANR-16-CE20-0024,ROSASCENT,Biosynthèse des terpènes du parfum chez la rose(2016)
Roses use a non-canonical pathway involving a Nudix hydrolase, RhNUDX1, to synthesize their monoterpenes, especially geraniol. Here we report the characterization of another expressed NUDX1 gene from the rose cultivar Rosa x wichurana, RwNUDX1-2. In order to study the function of the RwNUDX1-2 protein, we analyzed the volatile profiles of an F1 progeny generated by crossing R. chinensis cv. 'Old Blush' with R. x wichurana. A correlation test of the volatilomes with gene expression data revealed that RwNUDX1-2 is involved in the biosynthesis of a group of sesquiterpenoids, especially E,E-farnesol, in addition to other sesquiterpenes. In vitro enzyme assays and heterologous in planta functional characterization of the RwNUDX1-2 gene corroborated this result. A quantitative trait locus (QTL) analysis was performed using the data of E,E-farnesol contents in the progeny and a genetic map was constructed based on gene markers. The RwNUDX1-2 gene co-localized with the QTL for E,E-farnesol content, thereby confirming its function in sesquiterpenoid biosynthesis in R. x wichurana. Finally, in order to understand the structural bases for the substrate specificity of rose NUDX proteins, the RhNUDX1 protein was crystallized, and its structure was refined to 1.7 Å. By molecular modeling of different rose NUDX1 protein complexes with their respective substrates, a structural basis for substrate discrimination by rose NUDX1 proteins is proposed.