Recherche d'enzymes impliquées dans la voie de biosynthèse de la carnitine chez Arabidopsis thaliana et étude préliminaire de mutants à teneur réduite en carnitine

Research for enzymes involved in the carnitine biosynthetic pathway in Arabidopsis thaliana and preliminary study of mutants with reduced carnitine content

• Auteur / Autrice : Yingjuan Zhao
• Direction : Sonia Rippa, Yolande Perrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Soutenance le 18/03/2014
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie Enzymatique et Cellulaire / GEC

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aldéhyde-déshydrogénases

Enzymes

Bioinformatique

Candida albicans

Mutation (biologie)

Biosynthèse

Arabidopsis thaliana

Carnitine

Mots clés libres

Mutants

ALDH

SHMT

THA

Biosynthesis

Bioinformatics

Résumé

La carnitine, un acide aminé crucial pour le transfert intracellulaire des acides gras chez les animaux et les micro-organismes, est présente chez les plantes mais son mode d'implication dans le métabolisme lipidique et dans le développement reste à déterminer. Afin d'étudier le rôle biologique de la carnitine chez Arabidopsis nous avons initié une recherche bioinformatique d'enzymes susceptibles de participer à sa synthèse dans le but d'obtenir des mutants à teneur réduite en carnitine. Des serines hydroxyméthyl transférases (SHMT), des thréonines aldolases (THA) et des aldéhydes déshydrogénases (ALDH) candidates ont été identifiées. Une recherche de mutants, soit caractérisés, soit dans les collections disponibles, ainsi qu'une approche de mutagénèse par micro-ARN artificiel ont été initiées. Ces mutants ont été étudiés sur le plan de leur teneur en carnitine, en précurseur y-butyrobétaïne, et en esters de carnitine. Les enzymes THA ne semblent pas impliquées dans la synthèse de la carnitine et si un mutant faible de SHMT1 présente une réduction de sa teneur, et de la y-butyrobétaïne, l'implication de cette protéine reste à démontrer. L'étude d'un mutant perte de fonction du gène ALDH10A8, et de mutants baisse de fonction du gène ALDH10A9, et une complémentation fonctionnelle de mutants de levure, nous ont permis de montrer que les enzymes ALDH10 sont impliquées dans la voie de biosynthèse de la carnitine en permettant la synthèse de la y-butyrobétaïne. Les mutants des protéines ALDH10, présentant des teneurs réduites en carnitine et en acyl-carnitine, sont désormais disponibles comme outil du rôle de la carnitine chez Arabidopsis.

Carnitine, a crucial amino acid for the intacellular transfer of fatty acids in animals and microorganisms, is present in plants but its mode of implication in lipid metabolism and development remains to be determined. In order to investigate the biological function of carnitine in Arabidopsis, we initiated a bioinformatic search for enzymes that could be involved in its synthesis in order to obtain mutants with a reduced carnitine content. Serine hydroxymethyl transferases (SHMT), threonine aldolase (THA) and aldehyde dehydrogenase (ALDH) were identified as candidates. A search for mutants, either characterized or in available collections ans an amiRNA mutagenesis approach were carried out. In these mutants, the y-butyrobetaine as carnitine precursor, the carnitine, and carnitine esters were quantified. The THA enzymes do not appear to be involved in the carnitine synthesis and even if a weak mutant of SHMT1 has reduced contents of carnitine and y-butyrobetaine, the involvement of this protein remains to be demonstrated. A study of a knock-out mutant of the ALDH10A8 gene, of knock-down mutants of ALDH10A9 and a functional complementation of a C. albicans ALDH mutant, has confirmed the implication of ALDH10A8 and ALDH10A9 enzymes in the synthesis of y-butyrobetaine within the cartinine biosynthesis pathway. Mutants of the ALDH10 proteins, having significantly reduced carnitine and acyl-carnitine amounts, are now available as tools for studying the role of carnitine in Arabidopsis.