• Langue : Anglais
• Discipline : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Identifiant : 2025ULILS107
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 23/10/2025

Résumé en langue originale

L'amidon est une réserve essentielle de glucides dans les plantes, stockée principalement sous forme de grains dans les plastes des cellules. Les mécanismes moléculaires régissant la formation et l'initiation des grains d'amidon ne sont que partiellement élucidés, notamment dans les tubercules de pomme de terre. Cette thèse vise à approfondir la compréhension du rôle de plusieurs protéines dans ce phénomène et, plus largement, dans le métabolisme de l'amidon. Des études récentes sur le protéome de l'amidon de pomme de terre ont permis l'identification de deux protéines importantes : ESV1 (Early Starvation 1) et LESV (Like Early Starvation 1), bien qu'aucun site catalytique n'ait été identifié dans ces protéines. Des travaux menés sur Arabidopsis thaliana ont montré que LESV et ESV1 jouent un rôle dans la régulation de l'amidon transitoire. Leur présence dans le grain d'amidon, ainsi que la forte abondance de LESV, laissent à penser que ces protéines pourraient jouer un rôle important dans le métabolisme de l'amidon chez la pomme de terre.L'objectif principal de cette thèse est donc d'étudier le rôle de LESV et ESV1 dans le métabolisme de l'amidon chez la pomme de terre. Pour ce faire, des lignées mutantes ont été produites en utilisant l'approche CRISPR/Cas9. LESV se révèle être un acteur clé dans l'initiation des grains d'amidon, un processus qui varie selon les espèces et les organes étudiés. Alors que dans Arabidopsis thaliana, la protéine SS4 joue un rôle majeur dans l'initiation des grains d'amidon des feuilles, LESV semble assumer cette fonction dans les tubercules de pomme de terre. Cette divergence entre espèces souligne la complexité des mécanismes de formation des grains d'amidon.Nos résultats montrent que les mutants lesv présentent une diminution significative de la taille des grains d'amidon, accompagnée d'une accumulation de petits grains formant des agrégats. Cela suggère que la protéine LESV est indispensable au bon déroulement de l'initiation des grains d'amidon. A l'inverse, l'analyse préliminaire des mutants lesv dans les feuilles de pomme de terre a montré des changements moins prononcés et même contraires à ceux observés dans les tubercules, suggérant que LESV joue un rôle secondaire dans le métabolisme de l'amidon des feuilles.Nous avons également observé, grâce à des expérimentations de double hybride dans la levure, qu'à l'instar du riz, la protéine LESV de pomme de terre est capable d'interagir avec l'enzyme de débranchement ISA1, Cette interaction pourrait être responsable de la fixation à l'amidon du complexe ISA1/ISA2, qui joue un rôle dans l'initiation des grains d'amidon.Une autre découverte intéressante de cette thèse est l'augmentation significative de l'abondance de SS5 dans les grains d'amidon des mutants lesv, bien que les mutants ss5 ne présentent aucun phénotype visible dans les mêmes conditions expérimentales. Cette observation suggère que SS5 pourrait compenser l'absence de LESV dans l'initiation des grains d'amidon. Toutefois, le rôle exact de SS5 dans ce contexte nécessite de plus amples recherches. Ces résultats ouvrent la voie à de futures investigations sur l'interaction potentielle entre LESV et SS5, ainsi que sur les mécanismes régulant l'initiation des grains d'amidon dans les tubercules de pomme de terre.En conclusion, cette thèse met en évidence le rôle majeur de LESV dans l'initiation des grains d'amidon dans les tubercules de pomme de terre et suggère que ce mécanisme pourrait être modulé par des interactions avec d'autres protéines. Bien que les mécanismes précis restent à élucider, les résultats obtenus ouvrent de nouvelles perspectives pour la compréhension d'initiation du grain d'amidon et de sa régulation dans les tubercules de pomme de terre. Ces travaux pourraient également avoir des applications pratiques dans le domaine de la biotechnologie, notamment pour la modification des propriétés fonctionnelles de l'amidon destiné à des fins industrielles.

Résumé traduit

Potato (Solanum tuberosum) is the world's fourth most important food crop, widely used for various industrial applications due to its high starch content and functional properties. Despite significant advances in understanding starch biosynthesis and degradation, the molecular mechanisms underlying starch granule initiation remain poorly understood, particularly in tuber-forming species such as potato.This thesis investigates the roles of two non-enzymatic proteins, LESV (Like Early Starvation 1) and ESV1 (Early Starvation 1), in potato starch metabolism. Both proteins were previously identified in the starch granule proteome, and homologs in Arabidopsis thaliana are known to be involved in the regulation of transient starch. CRISPR/Cas9 genome editing was used to generate lesv and esv1 mutant lines, which were characterized at the phenotypic, structural, biochemical, and proteomic levels.In lesv mutants, starch granule size was significantly reduced, and granules frequently appeared as small, tightly packed aggregates, a phenotype not observed in wild-type tubers. This indicates a major role for LESV in the initiation of starch granules in potato. In contrast, starch from lesv mutant leaves displayed minor or opposite trends, suggesting organ-specific differences in LESV function and a more dominant role in tubers. Yeast two-hybrid assays revealed that potato LESV interacts with the debranching enzyme ISA1, raising the hypothesis that this interaction facilitates targeting of the ISA1/ISA2 complex to the starch granule, thereby contributing to granule initiation. Interestingly, SS5 levels were significantly increased in starch granules of lesv mutants, despite the absence of any phenotype in ss5 mutants, suggesting a possible compensatory mechanism that remains to be explored.Furthermore, lesv starch displayed increased phosphate content (notably at C6 positions), enhanced susceptibility to enzymatic hydrolysis, and altered functional properties including reduced gelatinization temperature and higher viscosity. These are directly related to the diminution of the starch granule diameter.Altogether, these findings position LESV as a key regulator of starch granule initiation in potato tubers, potentially acting via protein-protein interactions rather than enzymatic activity.By contrast, esv1 mutants did not show any major changes in starch granule morphology or size under the tested conditions. However, changes were observed in their functional properties: a decrease in paste viscosity and phosphate content along with an increased susceptibility to enzymatic hydrolysis. These findings suggest the presence of subtle structural defects in the starch that are not detectable by conventional analytical methods. While ESV1 does not appear to be essential for granule initiation in potato tubers, it may contribute to the internal organization or architecture of amylopectin, possibly influencing the crystalline or branching structure.The presence of LESV in esv1 mutant plants could partially compensate for the loss of ESV1, explaining the mild phenotype. This idea is reinforced by the highly conserved C-terminal domain shared by LESV and ESV1, hinting at potential functional redundancy.This work sheds light on poorly understood aspects of starch metabolism and opens new perspectives for biotechnological applications aimed at modulating starch properties for industrial uses.