Isolement de gènes exprimés dans la graine de lin et potentiellement impliqués dans l'accumulation d'acides gras polyinsaturés et inhabituels : caractérisation de la fonctionnalité in vivo et in vitro des enzymes correspondantes

par Zeinab Fahs

Thèse de doctorat en Biotechnologie

Sous la direction de Yolande Perrin et de Brigitte Thomasset.

Soutenue le 07-06-2016

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) .


  • Résumé

    L'huile de lin est considérée comme une des plus riches en acide linolénique (oméga- 3), avec certaines variétés de lin oléagineux produisant jusqu'à 65% d'acide a-linolénique. Cette huile utilisée depuis longtemps en industrie chimique pour la confection de peintures, vernis, agents tensioactifs, présente aussi des bénéfices pour la santé humaine avec un apport journalier d'environ 2 g.f 1 (diminution de la pression artérielle, prévention de thrombose...). Il parait donc raisonnable aujourd'hui d'augmenter la production de l'huile de lin riche en oméga-3 pour répondre à ces différents besoins. La sélection de cultivars producteurs d'huile de la qualité demandée devient impérative. Pour cela, des connaissances sur les mécanismes de synthèse et d'accumulation AG polyinsaturés (PUFA) dans les graines de lin sont à acquérir. Dans ce contexte, nous avons évalué le rôle des enzymes de type LPAAT dans l'accumulation des PUFA dans le but de sélectionner des isoformes compétitives dans leur accumulation au niveau des TAG. Les gènes Lpaat ont été isolés à partir des graines de lin âgées de 20 JAF, phase active de remplissage en huile. La fonctionnalité des protéines correspondantes a été testée par complémentation dans une souche JC201 d’E. coli déficiente en activité LPAAT. Une caractérisation de ces enzymes a été effectuée par des tests in vitro et in vivo. Les résultats ont montré la présence d'une isoforme, nommée LPAAT2A, dont l'activité LPAAT présente une spécificité et sélectivité élevées vis-à-vis des PUFA. Dans un 2ème temps, nous avons mesuré in vitro et in vivo le potentiel des enzymes LPAAT provenant de litchi et de lin vis-à-vis des AG de type cyclopropanique. Ces AG possèdent des propriétés physico-chimiques intéressantes pour l'industrie des lubrifiants et des cosmétiques et sont produits par une enzyme spécifique « la CFA synthase ». Nous avons généré des lignées d'Arabidopsis exprimant la CFA synthase d’E.coli puis co-exprimé le gène Lpaat de litchi. Une augmentation de la teneur en AGC (AG cycliques) dans les lignées transgéniques obtenues reflète la spécificité de la LPAAT de litchi vis-à-vis des AGC. Nous nous sommes aussi intéressés aux enzymes de types sPLA2a (phospholipase A2). L'isolement du gène correspondant a été effectué à partir des graines de lin pendant la phase active de remplissage en huile. La caractérisation de son activité a été effectuée par des tests in vitro et in vivo. Les résultats ont montré que l'expression du gène sP/a2a de lin dans les graines d' Arabidopsis provoque une augmentation du poids de la graine ainsi qu'une augmentation du contenu en acide linolénique dans les TAG. L'ensemble de ces résultats montre l'existence d'un système enzymatique endogène chez le lin efficace vis-à­vis des PUFA et qui semble stimuler le métabolisme lipidique une fois exprimé chez Arabidopsis.

  • Titre traduit

    Isolation of genes expressed in flaxseed and potentially involved in the accumulation of unusual and polyunsaturated fatty acids : characterization of functionality of the corresponding enzymes by in vivo and in vitro approaches


  • Résumé

    Flaxseed oil contain high amount of oméga-3 and present different industrials applications and human health benefits. ln this work, we aimed to identify enzymes allowing the accumulation of high level of omega-3 in linseed plants. ln this context, we evaluated the role of Lysophophatidic acid acyltransferases (LPAAT) and Phospholipases A2 (PLA2) enzymes in the accumulation of omega-3 by in vitro and in vivo approaches. Results showed the presence of a LPAAT2A isoform into flax genome having a high specificity and selectivity toward omega-3. Expression of Lpaat2A and sPia2a gene in Arabidopsis seeds increase seed weight, oil production and omega-3 content (up to 10% and 11%) in transformant seeds respectively. These results showed the presence in linseed plant of an efficient enzymatic system toward omega-3 accumulation. Furthermore, we have evaluated in vitro and in vivo the potential of Litchi and flax LPAAT enzymes toward the production of cyclopropane fatty acids (CFA). These fatty acids are naturally produced by a specific enzyme «CFA synthase» with physico-chemical properties interesting to lubricant and cosmetics industries. ln this context, we have generated Arabidopsis lines expressing E. coli Cfa synthase with or not co-expression of litchi Lpaat gene. Result showed an increase of 25% in the content of CFA in transgenic line co-expressing Cfa synthase and litchi Lpaat comparing to the transgenic lines expressing the CFA synthase. This increase in the level of CFA in transgenic seeds reflects the specificity of Litchi LPAAT toward CFA.

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