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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Biopolymères Interactions Assemblages

Travaux récents ELIPS

Mise en évidence du rôle d’une GDSL-lipase/acylhydrolase dans la formation de la cutine du fruit de tomate

La cutine, polyester d’acide gras hydroxylés et de glycérol est le polymère majeur de la cuticule. Sa biosynthèse se déroule en plusieurs étapes : i) synthèse intracellulaire des monomères et des précurseurs ii) translocation et transport extracellulaire des précurseurs et iii) polymérisation des précurseurs. La polymérisation est l’une des grandes inconnues de la biosynthèse de la cutine. Deux hypothèses sont actuellement proposées : polymérisation (transestérification) spontanée dans le milieu extracellulaire ou catalyse enzymatique. En  collaboration avec l’UMR Biologie du Fruit (INRA Bordeaux), nous avons récemment identifié une protéine appartenant à la famille des GDSL-lipase/acylhydrolase (GDSL1) dont le « silencing » (ARN interférent) conduit à diminuer la teneur, la densité et l’épaisseur de la cutine du fruit chez la tomate. Cet effet est corrélé au niveau d’expression de la protéine. La composition en acides gras hydroxylés est peu modifiée. Dans les fruits où l’expression de la GDSL1 est fortement diminuée, on observe des modifications struturales de la cutine. Ainsi, une diminution du degré de réticulation de la cutine, estimée à partir de l’intensité des bandes méthylènes et carbonyles en infrarouge. Des nanopores sont également observées par AFM. Au niveau extracellulaire, la GDSL1 est localisée uniquement dans la partie cutinisée des parois de l’exocarpe de la tomate. L’ensemble de ces résultats montre que la GDSL1 est spécifiquement impliquée dans la formation de la cutine. La GDSL1 pourrait être impliquée dans la polymérisation extracellulaire des précurseurs de cutine, le milieu hydrophobe dépourvu d’eau favorisant la réaction inverse (transacylation) de la GDSL-lipase.

 

Spectre infrarouge de différentes cutines
Observations microscopiques
Tomate

   

  

Microscopie électronique

Contacts : Bénédicte Bakan, bakan at nantes.inra.fr; Didier Marion, marion at nantes.inra.fr

    

Puroindolines et dureté des blés : nouvelles perspectives

La texture du grain de blé, paramètre clé de la valeur d’usage des blés, est essentiellement déterminée par un paramètre physique, la dureté, qui traduit la cohésion de la matrice amylo-protéique de l’albumen, tissu de réserve du grain. La dureté est principalement  expliquée par un locus situé sur le bras court du chromosome 5D contenant les gènes des puroindolines. Ces protéines cationiques, spécifiquement exprimées dans l’albumen desTriticaeetAvenaeont une structure hélicoïdale stabilisée par 5 ponts disulfure. Découvertes à l’INRA de Nantes, il y a presque 20 ans, ces protéines se caractérisent par un domaine unique riche en tryptophane (d’où leur nom, puros, blé en grec et indoline, pour le noyau indole du tryptophane). Si une délétion ou une mutation au niveau des gènes de puroindolines est étroitement associée à la dureté du blé, les bases fonctionnelles de cette relation génétique sont inconnues. En collaboration avec une équipe de l’UMR INRA-Université de Clermont-Ferrand, nous avons montré que ces protéines suivent le même routage intracellulaire que les protéines de réserve du blé. Corrélativement, l’agrégation des protéines de réserve du blé (prolamines) est affectée. Ces nouveaux résultats suggèrent que les interactions puroindolines-prolamines impacteraient la cohésion de la matrice amylo-protéique directement ou via des processus biologiques accompagnant le développement apoptotique de l’albumen  amylacé. Par ailleurs, une modélisation ab initio a permis de montrer que les puroindolines sont structuralement apparentées aux protéines de réserve de type 2S des graines de dicotylédones. Elles présentent également un processus de maturation post-traductionnelle équivalent à celui des protéines 2S. Toutes ces observations nous amènent à suggérer que les puroindolines, protéines spécifiquement et uniquement exprimées dans le grain en développement, dont la fonction biologique est inconnue, pourraient constituer une nouvelle famille de protéines de réserve des céréales.

 

Microscopie électronique
Structure des puroindolines

Immunolocalisation dans l’albumen de blé et structure des puroindolines

Contacts: Khalil Elmorjani, elmorjan at nantes.inra.fr; Didier Marion, marion at nantes.inra.fr

 

Vers des procédés durables dans la malterie

Avant de pouvoir être utilisé par les brasseurs, l'orge doit subir de nombreuses transformations préalables. L'ensemble de ces opérations constitue le maltage. Ce procédé se décompose en trois grandes étapes : trempe, germination et touraillage. La phase de trempe doit permettre d'amener l'humidité du grain aux environs de 42-45 % afin que la germination se déroule de façon optimale. Pendant la phase de germination le grain voit sa structure se modifier et son contenu enzymatique devenir celui que recherche le brasseur. Une bonne répartition de l'eau dans l'albumen du grain en fin de trempe conditionne la qualité du malt. Le touraillage est une étape de séchage au cours de laquelle le grain doit "perdre" l'eau absorbée pendant la trempe, pour atteindre 2 à 5 % d'humidité.  Cette opération nécessite aujourd'hui une consommation énergétique de 750 à 1000 kWh/tonne. La production annuelle de malt en France, pays premier exportateur au monde, s'élève pour 2005 à 1.5 Million de tonnes, ce qui correspond à une dépense énergétique d’environ 1,25 milliards de kWh. L'objectif principal de ce projet était de pouvoir atteindre une bonne germination en utilisant des orges renfermant en fin de trempe moins d'humidité. Si l’humidité en fin de trempe passe de 42 à 35%, le gain d'énergie s'élèverait de 260 à 350 kWh/tonne. Par ailleurs, la diminution de la consommation en eau diminuerait d’autant le traitement des effluents rejetés. Pour réaliser cet objectif, la filière de la brasserie-malterie a amorcé un projet de recherche multidisciplinaire, coordonné par l’Institut Français des Boissons de la Brasserie et de la Malterie (IFBM) associant des approches biologiques, physico-chimiques et technologiques qui a reçu pour partie un soutien de l’ANR (Projet MALTECO). Deux marqueurs ont été choisis pour la qualité du malt : la dégradation des b-glucanes au sein de l’albumen et la production et les modifications de la protéine de transfert de lipide (LTP1) protéine majeure de la bière et impliquée dans la formation et la stabilité de la mousse de bière.  Les recherches ont permis de montrer (en micromaltage) qu’il était possible d’obtenir un malt de qualité quand le diagramme de trempe était modifié de façon à obtenir des orges contenant 38% d’eau. A ce taux d’hydratation, la germination se déroule normalement avec toutefois une cinétique plus lente. En particulier, nous avons montré que la dégradation des b-glucanes au sein de l’albumen est plus lente et nécessite de prolonger la germination sur 24 heures. Ceci est compensé en partie par un diagramme de trempe plus court. En revanche, la production et les modifications (glycation, acylation etc…) de LTP1 ne sont pas affectées.

Ce travail a également permis de mettre en évidence pour la première fois, de nouvelles modifications de la LTP1 par des composés avancés de la réaction de Maillard.

Enfin, les étapes de sous-air et de sous-eaux lors de la trempe sont sources de stress oxydant entrainant l’oxydation des protéines. Ces modifications, essentielles pour générer des protéines moussantes et pour abaisser voire annihiler le pouvoir allergisant de ces protéines, ne sont pas impactées par un maltage à faible hydratation. En effet, la grande majorité des protéines présentes dans la bière sont deux protéines thermorésistantes et des allergènes ubiquistes des végétaux, SERPIN et protéine de transfert de lipides.

structure de LTP1 d'orge
Graines d'orge
Albumens au microscope