Rôle des enzymes ALDH10 dans la voie de biosynthèse de la carnitine et la physiologie de la plante chez Arabidopsis - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Role of ALDH10s enzymes in cartinine biosynthesis and plants physiologie in Arabidopsis

Rôle des enzymes ALDH10 dans la voie de biosynthèse de la carnitine et la physiologie de la plante chez Arabidopsis

Résumé

Carnitine is a non-proteinogenic amino acid present in all living organisms. Its role in theintracellular transport of fatty acids is well characterized in animals. In plants also, carnitine islinked to lipid metabolism, but its precise role remains poorly understood. In animals andyeasts, carnitine is synthetized from trimethyllysine (TML) through 4 enzymatic steps. The identification in plant tissues of TML and γ-butyrobetaine, the direct precursor of carnitine,suggests that its biosynthesis follows the same steps. A bioinformatics research of candidatesidentified the two ALDH10 enzymes as possibly involved in the synthesis of γ-butyrobetaine.The present study deals with the characterization of the AtALDH10s, to elucidate their role incarnitine biosynthesis and plant physiology. Firstly, the two AtALDH10s were characterized in vitro. This study demonstrates their capability to synthetize γ-butyrobetaine, as well as osmoprotectants. Secondly, an Arabidopsis loss-of-function for the two AtALDH10 has beenobtained and characterized. This mutant is more sensitive to salt stress, bears a longer main shoot and more secondary shoots, and smaller siliques containing less seeds. Its viable seeds are enriched in proteins and fatty acids, and the seedling development is faster. These resultssuggest an intervention of AtALDH10s in the resistance to osmotic stress, the control of plant architecture and the early development. The γ-butyrobetaine content is reduced in the mutant, confirming the involvement of AtALDH10s in the synthesis of γ-butyrobetaine in planta. The residual content of γ-butyrobetaine seems to be sufficient to maintain an unchanged level of carnitine in the mutant. These results raise the question of the regulation of the carnitine biosynthesis pathway and suggest that γ-butyrobetaine could be involved in response to osmotic stress, signalisation pathways and plant architecture. Besides this work, a bioinformatic research lead to the identification of a protein with a structure close to that of the enzyme involved in the conversion of γ-butyrobetaine into carnitine in humans. However, the characterization of this protein did not confirm its involvement in carnitine biosynthesis. The identification and characterization of mutants impaired in enzymatic activities linked to carnitine, such as its biosynthesis or its intervention in the transport of fatty acids, would be valuable to pave the way of a better understanding of the role of carnitine in plants.
La carnitine est un acide aminé non protéinogène présent dans l’ensemble du vivant. Son rôle dans le transport intracellulaire des acides gras est bien caractérisé chez les animaux. Chez les plantes aussi, la carnitine intervient dans le métabolisme lipidique, mais son rôle précis demeure peu documenté. Chez les animaux et les levures, la carnitine est synthétisée à partir de la triméthyllysine (TML) via 4 réactions enzymatiques. L’identification chez les plantes de la TML et de la γ-butyrobétaïne, le précurseur direct de la carnitine, suggère que la voie de biosynthèse de la carnitine chez les plantes est similaire à celle des animaux. Une recherche d’homologues a permis d’identifier les deux aldéhyde déshydrogénases 10 (ALDH10) d’Arabidopsis comme potentiellement impliquées dans la synthèse de γ-butyrobétaïne. Dans le cadre de ce travail de thèse, l’implication des AtALDH10 dans la biosynthèse de carnitine et dans la physiologie de la plante a été étudiée. Dans un premier temps, les AtALDH10 recombinantes ont été caractérisées in vitro. Cette étude indique qu’elles peuvent synthétiser la γ-butyrobétaïne, ainsi que des osmoprotectants. Ensuite, un mutant perte de fonction pour les deux AtALDH10 a été généré et étudié. Il présente une sensibilité accrue au stress salin, une hampe florale plus haute, un nombre plus élevé de hampes florales secondaires, et des siliques de taille réduite contenant moins de graines viables. Les graines parvenant à maturité sont enrichies en protéines et en lipides, et le développement de la plante est plus rapide. Ces résultats suggèrent une intervention des AtALDH10 dans la réponse au stress hydrique, l’architecture de la plante, le développement précoce. La teneur en γ-butyrobétaïne dans les tissus est significativement réduite chez le mutant, confirmant le rôle des AtALDH10 dans la synthèse de γ-butyrobétaïne in planta. La teneur résiduelle en γ-butyrobétaïne semble suffisante pour maintenir une teneur en carnitine inchangée. Cela pose la question de la régulation de la voie de biosynthèse de la carnitine chez les plantes, et suggère un lien entre la γ-butyrobétaïne et la réponse au stress, les voies de signalisation et l’architecture de la plante. Outre ce travail, une recherche bioinformatique a permis d’identifier une protéine d’Arabidopsis dont la structure est proche de celle de l’enzyme humaine responsable de la conversion de la γ-butyrobétaïne en carnitine. L’étude de cette protéine n’a pas confirmé son implication dans la synthèse de carnitine. L’identification et la caractérisation de mutants affectés dans la synthèse de carnitine ou son intervention dans le transport des acides gras serait précieuse pour une meilleure compréhension du rôle de la carnitine chez les plantes.
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  • HAL Id : tel-03234451 , version 1

Citer

Florian Jacques. Rôle des enzymes ALDH10 dans la voie de biosynthèse de la carnitine et la physiologie de la plante chez Arabidopsis. Biotechnologies. Université de Technologie de Compiègne, 2019. Français. ⟨NNT : 2019COMP2487⟩. ⟨tel-03234451⟩
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