Un taxi vers le grain d'amidon

L'amidon sert de réserve d'énergie pour les plantes et de source importante de glucides pour les humains et les animaux. Il est en outre utilisé dans l'industrie alimentaire, de l'environnement, du papier et du textile. Un composant de l'amidon plut?t difficile à digérer pour l'homme, l'amylose, sert entre autres de liant ou de gélifiant dans l'industrie alimentaire.

Malgré la grande importance de l'amidon pour les plantes, l'homme et l'industrie, la recherche ne comprend qu'imparfaitement comment il est formé. Des chercheurs du groupe de Samuel Zeeman, professeur de biochimie végétale à l'ETH Zurich, ont désormais trouvé une pièce importante du puzzle qui complète l'image de la formation de l'amidon. C'est ce qu'ils viennent de rapporter dans la revue spécialisée "Plos Biology".

Stockage d'énergie solaire

Pendant la journée, lorsque le soleil brille, les plantes vertes font de la photosynthèse. Elles utilisent le dioxyde de carbone de l'air pour produire du sucre, qui alimente leur métabolisme. Le surplus de sucre est transformé en grains d'amidon que les plantes stockent dans leurs feuilles. La nuit, lorsque l'énergie est nécessaire et que la photosynthèse s'arrête, les plantes puisent dans ce réservoir de sucre.

L'amidon n'est cependant pas quelque chose d'uniforme, mais il est constitué de différents composants ; une grande partie est constituée de ce que l'on appelle l'amylopectine, un sucre multiple richement ramifié et facile à digérer, et une plus petite partie est constituée d'amylose à structure linéaire.

Découverte d'un nouveau gène

Jusqu'à présent, on ne connaissait qu'une seule enzyme qui, placée sur les grains d'amidon, participe à la formation de l'amylose. Sans cette petite machine moléculaire, connue sous le nom de Granular Bound Starch Synthase (GBSS), la plante ne peut pas synthétiser d'amylose.

En recherchant systématiquement dans la plante modèle Arabidopsis thaliana d'autres gènes possibles actifs dans la production d'amidon, les chercheurs de Zeeman en ont maintenant découvert un qui est également impliqué dans la formation d'amylose. Ce gène code pour une protéine qui peut se lier temporairement au GBSS et à l'amidon afin de guider le premier vers son site d'utilisation. C'est pourquoi le découvreur du gène (ou de la protéine), le doctorant de Zeeman David Seung, a nommé cette molécule "Protein Targeting to Starch" (PTST).

Les molécules se conditionnent mutuellement

Afin de clarifier son r?le, les chercheurs ont mené des expériences avec des plantes mutées. Ces mutations ont supprimé la formation de PTST. Cela a eu pour conséquence que les mutants manquaient aussi complètement d'amylose, bien que la teneur totale en amidon soit la même que dans une plante sauvage. Les chercheurs en phytologie en ont conclu que l'amarante dépendait obligatoirement de la PTST pour la formation d'amylose. A leur grande surprise, les chercheurs ont découvert que la GBSS, l'enzyme la plus fréquente liée aux grains d'amidon végétal, n'était pratiquement pas présente dans les plantes mutées. Comment cela s'explique-t-il ?

En marquant les deux protéines avec des substances fluorescentes, les chercheurs ont finalement pu résoudre cette énigme : GBSS a besoin de PTST, car celle-ci est le taxi qui transporte GBSS vers les grains d'amidon. Après avoir collecté le GBSS, le PTST se "gare" brièvement à la surface des grains d'amidon en formation afin de décharger sa cargaison. Ensuite, la PTST se détache à nouveau du grain d'amidon, tandis que la GBSS poursuit la synthèse de l'amylose. En outre, la protéine de transport semble également être nécessaire à la stabilité de GBSS. Sans PTST et sans liaison avec le grain d'amidon, la GBSS est instable.

Le taxi PTST influence également la quantité d'amidon formé, bien qu'il ne soit lui-même qu'un véhicule de transport. Si les scientifiques ont renforcé la formation de GBSS dans des plantes expérimentales, les plantes n'ont malgré tout pas pu produire plus d'amidon. "Il ne sert pas à grand-chose d'augmenter le nombre de passagers chargés de synthétiser l'amidon si les taxis manquent", explique le professeur de l'ETH. Inversement, les phytologues ont constaté qu'une multiplication des taxis, c'est-à-dire une formation accrue de PTST, n'entra?nait pas non plus une augmentation de la production d'amidon, car les taxis manquent de passagers.

Taux d'amidon à la demande ?

La protéine PTST n'est pas seulement présente dans la canne à sucre. Elle est conservée dans l'histoire du développement ; cela signifie qu'elle est apparue très t?t au cours de l'évolution des plantes, qu'elle a été conservée dans les nouvelles espèces et qu'elle n'a pratiquement pas changé depuis. C'est ainsi qu'on le retrouve dans de nombreuses plantes, notamment dans différentes céréales. Le r?le qu'il y joue doit encore être élucidé, explique Zeeman. "Cette découverte nous montre néanmoins une voie possible pour réguler la teneur en amylose des plantes utiles en fonction des besoins", explique le phytologue.

Cette nouvelle découverte pourrait un jour être utilisée pour produire de l'amylose pure pour des applications industrielles. L'amylose peut être utilisée comme additif alimentaire pour gélifier les sauces ou les puddings, ainsi que pour produire des emballages biodégradables. C'est la raison pour laquelle, selon eux, ils protègent leur découverte par une demande de brevet déposée via ETH transfer.

David Seung a découvert la fonction particulière de la PTST pendant sa thèse de doctorat. L'Australien avait auparavant re?u une bourse d'excellence de l'ETH, ce qui lui a permis de venir à Zurich pour sa formation de master.