Contribution des pectine acétylestérases à l'amélioration des propriétés GELIfiantes des PECTines de la betterave sucrière (GELIPECT)

Structure and function of pectin acetyl esterase and its role on gelation properties of sugar beet pectin (GELIPECT)

• Auteur / Autrice : Juliette Chislard
• Direction : Catherine Rayon, Romdhane Karoui
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Biochimie-101321
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2023
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIOPI - Plant Biology and Innovation

Mots clés

Mots clés libres

Structure-Fonction

Paroi végétale

Pectine acétylestérase

Propriétés gélifiantes des pectines

Pectines

Valorisation de la pulpe de betterave

Structure-Function

Sugar beet pulp valorization

Pectin acetylesterase

Plant cell wall

Pectin

Gelling properties of pectin

Résumé

Les pectines sont des polysaccharides complexes, riches en résidus d'acide galacturonique, et organisés en quatre groupes distincts les homogalacturonanes (HG), les rhamnogalacturonanes-I (RG-I), les rhamnogalacturonanes-II et les xylogalacturonanes. Les HG et RGI peuvent-être acétylés sous l'action d'acétyltransférases en position O2 et/ou O3, au sein de l'appareil de Golgi, et le degré d'acétylation de ces polysaccharides peut être modulé par l'action des pectine acétylestérases (PAE, EC 3.1.1.6) au sein de la paroi. La betterave sucrière (Beta vulgaris spp vulgaris) est une culture d'intérêt agro-économique très importante en Région Hauts de France mais dont les co-produits sont, à ce jour, peu valorisés. Les pectines, qui représentent 20% de la biomasse sèche de la pulpe de la betterave sucrière, possèdent peu de propriétés gélifiantes, qui est lié à leur fort degré d'acétylation (>33%). L'action de PAE sur ces pectines pourrait contribuer à l'amélioration de leur propriété gélifiante et donc leur valorisation. Mais cela nécessite au préalable une connaissance très fine du mode d'action et de la structure de ces enzymes qui sont très peu étudiées. Chez Arabidopsis thaliana, 12 gènes codant les PAE ont été identifiés et leurs séquences protéiques les classent en 3 groupes distincts. L'objectif du projet GELIPECT vise à (i) produire en système hétérologue des PAE d'Arabidopsis, (ii) caractériser plus finement le mode d'action des PAE végétales (spécificité de substrats : HG/RGI), (iii) établir la structure 3D et (iv) tester l'action de ces enzymes sur l'amélioration des propriétés gélifiantes des pectines de betterave.

Pectin is a major component of the primary cell wall in dicotyledonous plants, such as sugar beet. The pectic polysaccharides are primarily composed of homogalacturonan (HG) and branched rhamnogalacturoanan I and II (RG-I and RG-II). Pectic polysaccharides have a galacturonic acid (GalA) rich backbone. The GalA units can be methylesterified at the C-6 carboxyl group on HG and/or acetylated at the O-2 and/or O-3 in both HG and RGI. Pectin is synthesized from nucleotide sugars in the Golgi and then secreted as methylesterified and acetylesterified form into the cell wall where its structure can be de-esterified by cell wall enzymes, pectin methylesterases (PMEs, EC 3.1.1.11) and pectin acetylesterases (PAEs, EC 3.1.1.6). In Arabidopsis, twelve putative PAE genes have been annotated. The sugar beet (Beta vulgaris spp vulgaris) is an important crop in Hauts de France area, but the co-products as sugar beet pulp are traditionally used in the animal feed sector. Today, sugar beet pulp constitutes an under-exploited resource. It contains 20% of pectins will could contribute as a source of valuable products. Unfortunately, pectins from sugar beet contains high level of acetylated residues (>33%) compared as citrus pectin (around 1-2%) which limits the use of sugar beet pectin in the traditional applications of pectin as gel formation for pharmaceuticals or nutrient food. PAE could contribute to improve the gelling properties of sugar beet pectin by removing the acetyl groups from the pectins. But their action first needs to get a fine-tune of their mode of action on their substrates. The GELIPECT project aims to (i) overexpress Arabidopsis PAEs in heterologous system and purify them by affinity chromatography ; (ii) fine-tune their mode of action and determine their substrate specificity (HG or RGI), in attempt to identify one HGAE and one RGAE ; (iii) to determine the 3D structure of one HGAE and one RGAE ; (iv) to characterize the gelling properties of sugar beet pectin.