Réponses physiologiques et biochimiques à une limitation nutritive en phosphore ou en azote sur la réorientation métabolique des lipides polaires chez différentes espèces de microalgues marines

par Bing Huang

Thèse de doctorat en Biologie des organismes

Sous la direction de Annick Manceau, Virginie Mimouni et de Gaël Bougaran.

Soutenue le 28-11-2018

à Le Mans , dans le cadre de École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané) , en partenariat avec Laboratoire Mer, Molécules, Santé (Le Mans) (laboratoire) et de Laboratoire "Mer- Molécules- Santé" EA 2160- Le Mans Université (laboratoire) .

mots clés

• Microalgues marines
• Bétaïne lipides
• Triacylglycérols
• Limitation en phosphore
• Lipides polaires
• Acides gras oméga-3
• Microalgues -- Teneur en lipides
• Lipides -- Métabolisme
• Microalgues -- Nutrition
• Microalgues -- Effets du phosphore
• Microalgues -- Effets de l'azote
• Carbone -- Métabolisme
• Microalgues -- Teneur en acides gras
• Acides gras oméga-3

Résumé

Les bétaïne lipides (BL) sont des lipides polaires qui se distinguent des phospholipides (PL)par l’absence de phosphore (P). La réorientation métabolique induite par une limitation en P chez des microalgues produisant des BL (Tisochrysis lutea et Diacronema lutheri, Haptophytes) ou en produisant peu (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyte) a été comparée à celle induite par une limitation en azote (N). Le devenir et le flux de carbone dans différentes voies de biosynthèse ont été étudiés par une approche pluridisciplinaire.La limitation nutritive en P ou en N affecte différemment le métabolisme du carbone selon les espèces microalgales. La limitation en P réduit fortement l’activité photosynthétique et la respiration chez P. tricornutum et T. lutea. Par conséquent, l’accumulation de carbone est plus élevée que sous limitation en N chez ces deux espèces. Les deux limitations stimulent en particulier la synthèse des lipides neutres et / ou des glucides. Le remplacement des PL par les BL a été observé chez P. tricornutum en condition de limitation en P. Ce résultat est en accord avec une augmentation de la transcription du gène codant la bétaïne lipide synthase. En revanche, cette limitation ne modifie pas les teneurs en BL rapportées au carbone chez T. lutea et D. lutheri. La composition en acides gras des différentes classes lipidiques est modifiée selon l’espèce microalgale et l’élément nutritif limitant. Une attention particulière a été portée aux acides gras de la série oméga-3, notamment l’acide eicosapentaénoïque (EPA, 20:5 ω3) et l’acide docosahexaénoïque (DHA, 22:6 ω3) dont les proportions varient en fonction de l’élément limitant,de l’espèce et de la classe lipidique. L’augmentation de la production des lipides neutres et / ou des lipides polaires, notamment des bétaïne lipides, riches en DHA et/ou EPA induite par un stress nutritif laisse envisager une valorisation de ces molécules d’intérêt dans différents domaines dont la nutrition et la santé.

mots clés

• Marine microalgae
• Betaine lipids
• Triacylglycerols
• Phosphorus limitation
• Polar lipids
• Omega- 3 fatty acids

Titre traduit

Physiological and biochemical responses to a phosphorus or nitrogen limitation on the metabolic reorientation of polar lipids in different marine microalgal species

Résumé

Betaine lipids (BL) are P-free polar lipids, conversely to phospholipids (PL). The metabolic reorientation induced by phosphorus (P) limitation in microalgae producing BL (Tisochrysis lutea and Diacronema lutheri, Haptophyta) or producing low levels of BL (Phaeodactylum tricornutum, Bacillariophyta) was compared to that induced by nitrogen (N) limitation. The carbon destiny and flow in different biosynthetic pathways were studied with a multidisciplinary approach. P or N limitation differently affected carbon metabolism according to microalgal species. P limitation highly decreased photosynthetic activity and respiration of P. tricornutum and T. lutea. Consequently, carbon accumulation was higher than under N limitation in these two species. Both limitations stimulated the synthesis of neutral lipids and / or carbohydrates. Replacement of PL by BL was observed in P. tricornutum under P limitation. This result is in agreement with a transcription increase of the gene encoding BL synthase. On the other hand, this limitation did not modify BL contents in reference with carbon in T. lutea or D. lutheri. Fatty acid composition of the different lipid classes was modified according to the microalgal species and the limiting nutrient. Particular attention was paid to the fatty acids of the omega-3 series, notably eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5 ω3) and docosahexaenoic acid (DHA, 22:6 ω3), the proportions of which vary according to the limiting element, species and lipid class. The increase in the production of neutral lipids and / or polar lipids, especially betaine lipids, rich in DHA and / or EPA induced by nutritive stress suggests a valorization of these molecules of interest in various areas including nutrition and health.