Glycerolipid metabolism and regulation in Phaeodactylum tricornutum and Nannochloropsis gaditana

Métabolisme et régulation des glycérolipides dans Phaeodactylum tricornutum et Nannochloropsis

• Auteur / Autrice : Lina-Juana Dolch
• Direction : Éric Maréchal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 05/12/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Giovanni Finazzi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Maréchal, Olga Sayanova, Frédéric Beaudoin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Katrin Philippar, Yonghua Li-Beisson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lipides

Élongation (biologie moléculaire)

Mots clés libres

Elongation

Phaeodactylum

Lipide

Glycerolipid

Phaeodactylum

Lipid

Elongation

Epa

Résumé

Phaeodactylum et Nannochloropsis sont des espèces photosynthétiques modèles pour le métabolisme des glycérolipides, se distinguant par un enrichissement en acides gras polyinsaturés à très longues chaînes (VLC-PUFA) et de grandes quantités en triacylglycérol (TAG). Les proportions des différents lipides sont influencées par des facteurs environnementaux. Nous avons caractérisé le remodelage lipidique chez Phaeodactylum en réponse à la carence en azote et en phosphate. Ces limitations en nutriments induisent une accumulation de TAG, exploitable comme biocarburant. Nous avons identifié de nouveaux composés induisant l'accumulation de TAG et étudié le rôle potentiel du monoxyde d’azote (NO•) dans la régulation du métabolisme lipidique. Nous avons montré qu’en fonction du site de production, le NO• était un signal émis lorsque les conditions de vie étaient critiques, déclenchant l'accumulation de TAG.Les VLC-PUFAs sont produits par des élongases et des désaturases localisées dans le RE. Nous avons identifié une nouvelle classe d’élongases d’acides gras saturés, agissant sur le 16:0, et appelées Δ0-ELO. Le knock out de Δ0-ELO1 de Nannochloropsis réduit le niveau du monogalactosyldiacylglycérol (MGDG), principal lipide des chloroplastes. Ce phénotype met en évidence le rôle de Δ0-ELO1 dans la «voie oméga» qui contrôle le trafic des VLC-PUFAs. Nous avons débuté une dissection de la «voie oméga» par des approches de génétique et des analyses du remodelage lipidique à basse température chez Nannochloropsis. Le diacylglycéryl hydroxyméthyltriméthyl-β-sérine (DGTS) apparaît comme le précurseur de base pour importer des VLC-PUFAs vers le chloroplaste, suivant une voie très régulée du DGTS au MGDG. De plus nous avons montré des fonctions possibles du MGDG et des VLC-PUFAs dans la photoprotection et la régulation de la fluidité membranaire latérale.

Phaeodactylum and Nannochloropsis are photosynthetic model species for glycerolipid metabolism, standing out by an enrichment of very-long-chain polyunsaturated fatty acids (VLC-PUFAs) and high contents of neutral lipids such as triacylglycerol (TAG). Lipid profiles are influenced by environmental factors. We characterized the lipid remodelling occurring in Phaeodactylum in response to nitrogen and phosphate starvation. Nutrient limitations induce neutral lipid accumulation, which may be exploited as biofuels. We identified new triggers of TAG accumulation and investigated a potential role of nitric oxide (NO•) as second messenger in the regulation of neutral lipid levels. We conclude that in dependence of the production site, NO• serves as a signalling molecule for critical life conditions and thereby triggers TAG accumulation.VLC-PUFAs are produced by ER-located elongases and desaturases. We identified a novel class of elongases, called Δ0-ELOs, acting on saturated fatty acids, most importantly 16:0. Knock out of Δ0-ELO1 in Nannochloropsis resulted in reduced monogalactosyldiacylglycerol (MGDG) levels. MGDG is the major chloroplast lipid. This indicated a role of this initial elongase in fatty acid fate determination and thus in the elusive “omega pathway” for VLC-PUFA trafficking. We have started to investigate the “omega pathway” by reverse genetic approaches and analyses of low-temperature induced lipid remodelling in Nannochloropsis. Diacylglyceryl hydroxymethyltrimethyl-β-serine (DGTS) appears most likely at the base for the chloroplast import of VLC-PUFA, following a dynamically regulated DGTS-to-MGDG pathway. Additionally, we gave insights into possible functions of MGDG and VLC-PUFA in photoprotection and regulation of membrane fluidity.