Etude du métabolisme lipidique chez Clamydomonas reinhardtii : Approches de protéomique et de génétique

Study of lipid metabolism in Chlamydomonas reinhardtii by proteomic and genetic approaches

• Auteur / Autrice : Thi hoa mai Nguyen
• Direction : Gilles Peltier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 07/03/2013
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Chen-cai Zhang
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yonghua Li-beisson, Brigitte Gontero
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Dauvillee, Vincent Arondel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chlamydomonas reinhardtii

Lipase pancréatique

Lipides

Acides gras

Mots clés libres

Acides gras

Lipides

Triacylglycérol

Désaturase

Chlamydomonas

Fatty acid

Desaturase

Triacylglycerols

Oil bodies

Chlamydomonas

Résumé

La capacité des microalgues à accumuler des quantités importantes de lipides de réserve font de ces organismes de bons candidats pour envisager une production durable de biocarburants (biodiesel). Cependant, des verrous d’ordre technologique et biologique persistent avant d’atteindre une production économiquement viable. Dans le but de mieux comprendre les mécanismes et biosynthèse et d’accumulation des lipides chez les microalgues et de proposer des voies d’amélioration biotechnologiques, nous avons développé deux approches expérimentales complémentaires en utilisant la microalgue Chlamydomonas reinhardtii comme modèle. La première a été de caractériser par des techniques de protéomique et de lipidomique la composition des gouttelettes lipidiques s’accumulant en réponse à une carence en azote. Les données de protéomique nous ont permis de montrer que les gouttelettes lipidiques étaient des structures cellulaires dynamiques impliquées non seulement dans le stockage, mais aussi dans la biosynthèse, la remobilisation et le « trafficking » des lipides. Les protéines identifiées au cours de cette étude nous fournissent des gènes cibles d’intérêt pour mieux comprendre les voies de biosynthèse des triacylglycérols et accroître l’accumulation d’huile. La seconde approche, de génétique formelle, a consisté à rechercher puis à caractériser des mutants isolés à partir d’une banque de mutants d’insertion de C. reinhardtii. Deux mutants d’intérêt, l’un affecté dans la composition en acides gras (crfad7) et l’autre capable d’accumuler des lipides en l’absence de stress (coa1, pour constitutive oil accumulator 1), ont été isolés.

The ability of microalgae to accumulate high amounts of reserve lipids makes these organisms good candidates for the production of sustainable biofuel (biodiesel). However, both technological and biological bottlenecks remain to be overcome before profitable production is reached. With the aim to better understand lipid metabolic pathways in microalgae and further propose new strategies for biotechnological improvement, we have developed two complementary experimental approaches in the model microalga Chlamydomonas reinhardtii. As a first approach, we performed a proteomic and lipidomic characterization of oil bodies isolated from nitrogen-deprived cells. Based on proteomic data, we have concluded that oil bodies are dynamic structures involved not only in the storage, but also in oil biosynthesis, degradation and lipid homeostasis. The proteins identified in this study should provide useful targets for genetic studies aiming at increasing our understanding of triacylglycerol synthesis and further improve intracellular oil accumulation. The second approach, based on the development of a forward genetic screen, aimed at searching and further characterizing mutants isolated from a C. reinhardtii insertion library. Two mutants of interest, one affected in the fatty acid composition (crfad7), the other (coa1, for constitutive oil accumulator 1) able to accumulate reserve lipids in the absence of stress, have been isolated. The crfad7 mutant, affected in the expression of the unique ω3 fatty acid desaturase present in the C. reinhardtii genome, has been complemented and subjected to extensive phenotypical characterization.