Contribution à la compréhension des mécanismes d’initiation et de synthèse de l’amidon

Contribution to elucidation of starch granule initiation and synthesis

• Auteur / Autrice : Maud Facon
• Direction : Christophe D' Hulst, Fabrice Wattebled
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects cellulaires et moléculaires de la biologie
• Date : Soutenance le 08/12/2014
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle (Villeneuve d'Ascq ; 1998-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agrobacterium tumefaciens

Transformation génétique

Amylases

Glucanes synthases

Maïs

Arabidopsis thaliana

Métabolisme

Synthèse (chimie)

Amidons

Mots clés libres

Phytoglycogène

Résumé

La synthèse d’amidon fait intervenir de multiples enzymes dont des enzymes de débranchement qui clivent certaines liaisons glucosidiques et donnent au polysaccharide en formation une structure dense et insoluble. Chez Arabidopsis, cette activité est dépendante de la présence des protéines ISA1 et ISA2 qui s’assemblent en complexe hétéromultimérique. Chez le maïs, ISA1 peut également fonctionner sous forme d’homomultimères et la synthèse d’amidon est maintenue dans l’albumen même en absence d’ISA2. La première partie de mon travail de thèse a consisté à entreprendre une analyse comparative des activités isoamylases de maïs et d’ A. thaliana. Ces différents travaux nous ont permis de conclure que la capacité d’ISA1 de maïs à fonctionner en absence d’ISA2 constitue une caractéristique évolutive probablement acquise lors de la divergence entre monocotylédones et dicotylédones. Dans un second temps je me suis intéressée à l’initiation de la synthèse de nouveaux grains. Des travaux antérieurs avaient mis en évidence le rôle essentiel de l’amidon synthase 4 (SS4) dans ce processus. L’analyse in silico de la séquence et différentes observations phénotypiques nous ont conduit à émettre l’hypothèse de l’existence d’un dialogue moléculaire entre division du plaste et métabolisme de l’amidon. Nous avons initié différents travaux visant à identifier les fonctions des parties Cter et Nter de la protéine dans le processus d’initiation. La recherche de partenaires potentiels de l’enzyme et l’étude de certains candidats nous ont permis d’ouvrir de nouvelles pistes de recherche quant à une régulation possible de l’activité de SS4.

Starch synthesis needs a debranching enzyme activity that will cleave some of the glucosidic bounds. This activity allows the formation of a dense and insoluble cluster-like structure. In Arabidopsis, this activity is strictly dependent on the presence of both ISA1 and ISA2 proteins that assemble into active hetero-oligomers. However, in maize, ISA1 is able form active homo-oligomers and starch synthesis is maintained in the endosperm even when ISA2 is missing. In a first part of my thesis, I undertook a comparative analysis of maize and Arabidopsis isoamylases. This work allowed us to conclude that the ability of maize ISA1 to function without ISA2 represent a characteristic acquired during evolution probably at the time of divergence between monocots and dicots.In a second part of my thesis work, I focused my research on the initiation of new starch granules. Previous work already demonstrated the essential role of starch synthase 4 (SS4) in this process. In silico protein sequence analysis and phenotypic observations led us to hypothesize the existence of a molecular dialogue, involving SS4, linking plastid division to starch metabolism. We initiated in vitro and in vivo analysis with the objective to identify the role of SS4 C-terminal or N-terminal moiety. Finally, the search for potential interacting partners of the enzyme and study of some candidates allowed us identify a potential new regulation process of SS4.