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Compréhension du métabolisme central et lipidique chez les plantes et les levures oléagineuses

approche fluxomique

Type de document : Thèse
Langue : français

Responsabilité(s) :


Responsabilité(s) secondaire (s) :
Université de soutenance : Université de Technologie de Compiègne

Numéro national de thèse : 2018COMP2438

Année de publication : 2018


Discipline : Biotechnologie : Unité de recherche Génie Enzymatique et Cellulaire - GEC (FRE-3580)

Sujets :


Mots clés :

Résumé(s) :

  • Une population mondiale croissante et l épuisement des ressources fossiles a conduit à une augmentation de la demande alimentaire et énergétique. Si les plantes oléagineuses sont majoritairement exploitées pour leurs fruits et leurs graines riches en huiles dans le secteur agroalimentaire, elles sont également valorisées comme alternative aux produits pétrosourcés (biolubrifiants, biocarburants). La production de lipides et d acides gras inhabituels a rapidement suscité un intérêt envers les organismes unicellulaires : les levures. L objectif de ce travail consiste à étudier deux modèles biologiques : la graine de lin (Linum usitatissimum), dont l huile est constituée à 57% d oméga-3, et la levure oléagineuse Yarrowia lipolytica, exploitée comme châssis biotechnologique. L approche utilisée pour appréhender le métabolisme lipidique est la fluxomique. De plus, la conception d un modèle prédictif reposant sur un marquage isotopique (MFA) ou la contrainte (FBA) permet une analyse dynamique du métabolisme. L étude comparative de trois lignées de lin (teneurs en huile et oméga-3 différentes) a permis une meilleure compréhension des mécanismes menant à l accumulation des lipides (jusqu à 44,2 g.100g-1 MS). Ainsi, nous avons pu montrer que l assimilation du saccharose et la remobilisation de l amidon sont essentiels à la synthèse des précurseurs et du NADPH nécessaires à la synthèse des AG. Une forte implication de la glycolyse cytosolique et de la voie des pentoses phosphate plastidiale a pu être notée, tandis que la synthèse des protéines et de la paroi cellulaire a été une étape plutôt limitante. De plus, la PDAT semblerait être une enzyme essentielle à l incorporation d acides gras polyinsaturés dans les TAG. L étude de trois souches de Yarrowia lipolytica a également permis d appréhender le métabolisme de la levure. L assimilation d une source de carbone alternative au glucose (glycérol) a entraîné une redirection métabolique majeure vers la néoglucogénèse. Le flux majoritaire pour la synthèse des TAG emprunte la glycolyse et une partie du cycle de Krebs, afin de convertir le citrate en acétyl-CoA. L optimisation de la voie Kennedy (GPD1 et DGA2) a permis une amélioration du contenu en lipides : +72% par rapport à une souche optimisée pour la synthèse des acides gras inhabituels (expression du gène LRO1, codant pour une PDAT). Les principales voies compétitives sont la synthèse de glucides de réserve et la sécrétion de citrate, réprimée ici grâce à une assimilation de glucose modérée. La PDAT est là encore impliquée dans l accumulation des acides gras inhabituels.
  • Growing world population and depletion of fossil resources have led to an increasing food and energy demand. While oleaginous plants are mostly cultivated for their fruits or their seeds in food industry, they are also valued in as an alternative to petrochemicals (biolubricant, biofuels). The production of lipids and unusual fatty acids increased the interest for unicellular organisms: yeasts. The aim of this work is to study two biological models: flax seed (Linum usitatissimum), whose oil is made up of 57% omega-3, and yeast Yarrowia lipolytica, exploited as a biotechnological chassis. The approach used to understand lipid metabolism is fluxomics. In addition, the development of a predictive model based on isotopic labelling (MFA) or constraint-based one (FBA) allows a dynamic analysis of the metabolism. The comparative study of three flax lines (with different oil and omega-3 levels) provided a better understanding of the mechanisms leading to lipid accumulation (up to 44.2 g.100 gDW-1). Therefore, we have been able to show that sucrose assimilation and starch remobilization are essential for fatty acid precursors and cofactors synthesis. Strong involvements of cytosolic glycolysis (G3P, acetyl-CoA) and pentose phosphate pathway (NADPH) have been noted, while protein and cell wall synthesis are limiting steps. In addition, PDAT would be a central enzyme for the incorporation of PUFA into TAGs. The study of three Yarrowia lipolytica strains also helped us to better understand yeast metabolism. The assimilation of an alternative carbone source to glucose, glycerol, led to a major metabolic redirection towards gluconeogenesis. The TAG synthesis flux especially uses glycolysis and a part of TCA cycle to convert citrate into acetyl-CoA. Kennedy pathway optimizations (GPD1 and DGA2 gene overexpression) allowed a lipid content improvement: +72% compared to a strain optimized for the synthesis of unusual fatty acids (LRO1 gene expression, encoding for a PDAT enzyme). The main competitive pathways are carbohydrate synthesis (glycogen) and citrate secretion (here repressed thanks to slow glucose assimilation. PDAT (LRO1 gene) also led to unusual fatty acid accumulation.

Autre(s) titre(s):

  • Titre traduit : Understanding of central and lipid metabolism in oleaginous plants and yeasts : fluxomic approach


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