Selection of mutants defective for starch biosynthesis in marine single-cell cyanobacteria

par Jenifer Nirmal Raj

Thèse de doctorat en Biologie Santé

Sous la direction de Steven Ball.

Soutenue le 16-04-2010

à Lille 1 .

  • Titre traduit

    Sélection de mutants défectieux dans la voie de biosynthèse de l'amidon chez une cyanobactérie unicellulaire marine


  • Résumé

    L’amidon s’accumule en grains insolubles et semi-cristallins dans d’une part le cytoplasme des algues rouges et des glaucophytes et dans d’autre part les chloroplastes des algues et plantes vertes. Vu la distribution séléctive de l’amidon dans ces trois lignées issues de l’endosymbiose primaire du plaste, nous avons recherché lequel des deux partenaires de cette dernière est responsable de l’origine de cette structure. Nous avons, dans notre travail, contribué à l’identification de polysaccharides de ce type chez un sous groupe particulier de cyanobactéries et avons réalisé une caractérisation détaillée de l’amidon d’une souche de cyanobactérie marine apparentée à Crocosphaera watsonii et Cyanobacterium. Nous avons aussi pu montrer que chez ce sous groupe les grains pouvaient être dégradés par une combinaison d’acitivités phosphorolytiques et hydrolytiques qui leur est associée; définissant de cette manière une voie entièrement différente de celle qui caractérise les plantes et algues vertes. De plus nous avons démontré que le métabolisme de l’amidon répond dans notre souche à un contrôle par l’horloge circadienne. Enfin nous avons été capables d’engendrer et sélectionner des mutants défectueux pour la biosynthèse de l’amidon. Parmi ceux-ci nous rapportons les premiers mutants défectueux pour l’expression d’une amidon synthase chez les cyanobactéries.


  • Résumé

    Starch defines a semi-crystalline insoluble polysaccharide that aggregates into granules either in the cytosol or the chloroplast of respectively the glaucophytes, red algae and the true plants. Because of the selective distribution of starch within lineages that descend from primary endosymbiosis of the plastid, we investigated the origin of this particular organization. We thuscontributed to the finding of comparable structures in a particular subgroup of cyanobacteria, andmade a structural characterization of this cyanophycean starch from marine cyanobacteria related to Crocosphaera watsonii and Cyanobacterium. We were able to show that, in these cyanobacteria, the solid starch granules could be degraded invitro by a combination of starch bound glucan phosphorylase and endo-amylase; thereby defining a pathway entirely different from that characterizing the green plants and algae. In addition, we demonstrated that starch metabolism, in our particular strain, also responded to circadian clock control. Finally, we were able to generate and select mutants defective for starch biosynthesis. Among these we report the first mutants defective for cyanobacterial soluble starch synthaseactivity.


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