Contribution à l’étude fonctionnelle des amidon-synthétases dans la feuille d’Arabidopsis thaliana : initiation et élongation du polysaccharide de réserve

Contribution to the functional study of starch synthases in the leave of Arabidopsis thaliana : initiation and elongation of the storage polysaccharide

• Auteur / Autrice : Nicolas Szydlowski
• Direction : Christophe D' Hulst
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie-Santé
• Date : Soutenance le 02/10/2009
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amylases

Polymères végétaux

Chloroplastes

Ligases

Arabidopsis thaliana

Métabolisme

Amidons

Mots clés libres

Amylopectine

Amidon-synthétases

Résumé

Cinq isoformes d’amidon-synthétase ont été identifiées dans le génome des plantes supérieures. L’une d’entre elles, la GBSS (pour « Granule Bound Starch Synthase ») est liée de manière non covalente au grain d’amidon. Trois autres isoformes, SS1, SS2 et SS3, sont présentes sous forme soluble dans le chloroplaste, où elles participent à l’allongement des glucanes de l’amylopectine. Récemment, il a été proposé qu’une autre isoforme, la SS4, soit impliquée dans le contrôle du nombre de grains d’amidon par chloroplaste et de leur taille. Nous rapportons dans ce travail, l’analyse phénotypique des combinaisons doubles mutantes impliquant les mutations aux loci SS1, SS2 et SS3. Nos résultats, notamment les analyses de distribution de longueur des glucanes de l’amylopectine, montrent que la SS2 et la SS3 sont partiellement redondantes pour l’allongement des glucanes de DP 12 à DP 28. Par ailleurs, l’étude de la structure de l’amylopectine après digestion par la ß-amylase, indique que la synthèse normale du « squelette » du polymère nécessite la présence d’au moins deux des trois isoformes. Nous présentons par ailleurs, un ensemble de données qui indiquent que la SS4 est impliquée dans l’initiation de la synthèse d’amidon, et qu’elle est nécessaire et suffisante pour la production d’un nombre correct de grains d’amidon dans le chloroplaste. La fonction de la SS4 dans l’initiation peut être en partie assumée par la SS3, et la présence de l’une des deux isoformes est suffisante pour initier la synthèse d’amidon dans les triples mutants ss1- ss2- ss3- ou ss1- ss2- ss4-.

Five isoforms of starch synthase (the elongation enzyme of the starch pathway) have been identified in land plants genomes. One of them, the GBSS (Granule Bound Starch Synthase) is noncovalently bound to the starch granule and is responsible for amylose synthesis. Three other isoforms, SS1, SS2 and SS3, are soluble within the chloroplast, where they elongate the amylopectin-forming glucans. Recently, it has been proposed that another isoform, SS4, is involved in the control of the size and the number of starch granules per chloroplast. We are now reporting, the phenotypic analysis of double mutant combinations including mutations at SS1, SS2 and SS3 loci. The analysis of amylopectin glucan length distribution shows that SS2 and SS3 isoforms are partially redundant for the elongation of DP12 to DP28 glucans. In addition, structural studies of amylopectin after ß-amylolysis, suggest that the normal synthesis of amylopectin internal molecular structure requires the presence of at least two of the three isoforms. We also provide in this work, further evidences indicating that SS4 is involved in the initiation of starch synthesis, and that this isoform is necessary and sufficient for the production of the regular number of starch granules per chloroplast. However, SS3 activity is partially redundant to that of SS4 in this regard, and the presence of one of these isoforms is sufficient to initiate starch biosynthesis in the triple mutant lines ss1- ss2- ss3- and ss1- ss2- ss4-.