Structure des organites de réserve

En 1980, Slack et ses collaborateurs ont étudié la composition des corps lipidiques isolés à partir de cotylédons en développement de lin et de carthame. Chez les deux espèces végétales, et quel que soit le stade de maturité des cotylédons, le diamètre moyen des corps lipidiques est de 1,4 µm et pour 1000 µmol de TGs, il y a 4,3 µmol de 3-sn-PC et 25,5 µmol de diglycérides (DGs). Les protéines représentent 2,4 % en masse des glycérides. En 1989, Murphy et Cummins ont quantifié les contenus en protéines, TGs et PLs de corps lipidiques isolés à partir de graines de choux, moutarde, radis, A. thaliana, soja, tournesol et maïs. Ils ont trouvé les pourcentages suivants en masses : TGs / protéines / PLs (80 / 15 / 2). Tzen et Huang (1992) ont isolé des corps lipidiques de maïs. L’analyse des constituants donne les proportions suivantes (en masses) : TGs et DGs / PLs / protéines, 97,7 % / 0,9 % / 1,4 %. La composition en lipides neutres d’oléosomes isolés à partir de cotylédons de tournesol en développement est d’environ 98 % de TGs, 0,8 % de DGs, 0,1 % d’esters de stérols (Millichip

et al., 1996). Les PLs occupent 80 % de la surface du globule lipidique et le reste est occupé

par des protéines. Par des calculs d’encombrement de la surface d’une sphère, Beisson et al. (1996) ont estimé un rapport PLs / TGs dans l’oléosome de 0,0115. Tzen et al. (1993) ont

paroi de la graine albumen

cotylédon

cuticule

cellu les palissadiques cellu les vitreuses parenchyme aleurone

cellu les comprimées épiderme du cotylédon cellu les « palissadiques »

corps protéiques corps lipidiques paroi de la graine albumen cotylédon paroi de la graine albumen cotylédon paroi de la graine albumen cotylédon cuticule

cellu les palissadiques cellu les vitreuses parenchyme aleurone

cellu les comprimées épiderme du cotylédon cellu les « palissadiques »

corps protéiques corps lipidiques

réalisé des dosages qualitatifs et quantitatifs des constituants lipidiques et protéiques d’oléosomes de plusieurs espèces végétales. Les résultats obtenus sont rapportés dans le Tableau 2. Les corps lipidiques des graines soumises à dessiccation ont un diamètre compris entre 0,2 et 3 µm. Globalement, il y a toujours plus de 94 % de lipides neutres (essentiellement des TGs), 0,4 à 2 % de PLs et 0,5 à 4 % de protéines (Tableau 2). Les divergences entre équipes de recherche proviennent certainement des modes de préparation des oléosomes, plus ou moins corrosifs et des méthodes de quantification. Le rapport lipides neutres / protéines et PLs est corrélé à la taille des organelles.

Tableau 2 : Diamètres moyens et constituants chimiques de corps lipidique isolé à partir de graine d’espèce végétale variée (d’après Tzen et al., 1993).

colza moutarde coton lin maïs arachide sésame

diamètre (µm) 0,65 0,73 0,97 1,34 1,45 1,95 2,00

constituants (% en masse)

lipides neutres 94,21 94,64 96,99 97,65 97,58 98,17 97,37

protéines 3,46 3,25 1,70 1,34 1,43 0,94 0,59

PLs 1,97 1,60 1,18 0,90 0,91 0,80 0,57

acides gras libres 0,36 0,17 0,13 0,11 0,09 0,09 0,13

• PLs

Le PL majoritaire des corps lipidiques est la PC, les minoritaires sont la PS, la PE et le Pi (Huang, 1992, Tzen et al., 1993, Tableau 3).

Tableau 3: Composition en phospholipides de corps lipidique isolé à partir de graine d’espèce végétale variée (% en masse) (d’après Tzen et al., 1993).

amande* tournesol** colza moutarde coton lin maïs arachide sésame

PC 60 79 59,9 53,1 58,6 57,2 64,1 61,6 41,2

PE 12 13 5,9 15,5 4,6 2,8 8,1 5,0 15,8

PI 25 8 14,0 13,1 18,1 6,9 7,6 8,4 20,9

PS 20,2 18,3 18,7 33,1 20,2 25,0 22,1

* et 3 % d’acide phosphatidique, d’après Beisson et al. (2001a) ** d’après Millichip et al. (1996)

• Protéines

Seules les graines soumises à dessiccation ont des globules lipidiques de petite taille, totalement recouverts de protéines (Leprince et al., 1997). Ainsi, les corps lipidiques du

mésocarpe de l’avocat sont quasiment dépourvus de protéines à leur surface et ils ont un diamètre très important (de l’ordre de 20 µm) (Ross et al., 1993). C’est pourquoi nous nous intéressons pricipalement dans ce manuscrit aux espèces végétales soumises à dessiccation.

♦ Protéines de structure

Slack et al., en 1980, mettent en évidence 4 protéines majoritaires dans le lin et le carthame, dont une de 17,5 kDa et une de 15,5 kDa. Dans le soja, Herman (1987) décrit la présence de protéines de 34, 24, 18 et 17 kDa, très riches en acides aminés hydrophobes. Les protéines majoritaires du corps lipidique sont les oléosines (chapitre 1.4). Des oléosines de maïs présentent des pI alcalins, et une grande hydrophobie. Les oléosines comportent la plus longue séquence hydrophobe connue à ce jour, 70 acides aminés (Qu et Huang, 1990).

A côté des oléosines, de nouvelles protéines ont été découvertes associées aux globules lipidiques de sésame (Chen et al., 1998). Ces protéines tout d’abord dénommées Sop1, Sop2 et Sop3 ont des masses moléculaires de 27, 37 et 39 kDa. Contrairement aux oléosines, Sop 1 et 2 possèdent plus de résidus d’acides aminés hydrophiles qu’hydrophobes et Sop3 a une quantité équivalente de résidus hydrophiles et hydrophobes. De plus, Sop3 est composée à plus de 38 % de résidus de glycine.

Sop1 possède un domaine N-terminal comportant un seul site de fixation au calcium, le

domaine « Ca2+-binding EF hand »et elle est exprimée en réponse à l’acide abscissique ou au

stress osmotique. L’activité de Sop1 est de plus certainement modulée par la présence de calcium ainsi que par phosphorylation (Frandsen et al., 2001). Cette protéine a une masse moléculaire de 27,4 kDa chez le riz. Elle correspond à la protéine découverte par Frandsen et

al. en 1996, qui a la capacité de se lier au calcium. Elle a donc été nommée « caléosine » par

Chen et al. en 1999. Les caléosines pourraient jouer un rôle dans les fusions de membranes et de corps lipidiques (Murphy et al., 2000). Elles comportent un segment central hydrophobe de 30 résidus d’acides aminés ainsi qu’une région adjacente riche en proline (Naested et al., 2000). Leur sous-domaine comportant le nœud proline est crucial pour l’adressage des caléosines vers l’oléosome (Chen et Tzen, 2001). Chez le colza, une isoforme de 25 kDa de caléosine est retrouvée uniquement à la surface des corps lipidiques alors qu’une isoforme de 27 kDa est liée au réticulum endoplasmique (RE). Dans le génome d’A. thaliana, il y a sept gènes codant des caléosines, deux d’entre eux correspondant aux caléosines de 25 et 27 kDa très exprimées chez les crucifères (Hernandez-Pinzon et al., 2001).

♦ Protéine dotée d’activité enzymatique

Sop2 existe dans les corps lipidiques des graines en développement d’espèces variées. Sop2 possède un segment hydrophobe d’attache précédant un domaine soluble qui est homologue aux stérols réductases / déshydrogénases intervenant dans la biosynthèse et l’inactivation des

hormones stéroïdes animales. Cette protéine a donc été nommée « stéroléosine ».

Contrairement aux oléosines et aux caléosines, le motif proline des stéroléosines n’est pas central, mais il est situé à l’extrémité N-terminale hydrophobe (Figure 6). Huit protéines hypothétiques de type stéroléosine ont été trouvées dans le génome d’A. thaliana. Elles ont en commun un sous-domaine de liaison au NADPH mais des sous-domaines de liaison aux stérols variés. Ainsi, les stéroléosines pourraient être une classe de déshydrogénases / réductases jouant un rôle dans la transduction du signal par les stérols (Lin et al., 2002).

Figure 6 : Hypothèse de structure d’une stéroléosine (Sop2) de sésame (d’après Lin et al., 2002).

♦ Autres activités enzymatiques

Huang (1992) a mis en évidence la présence d’une petite quantité d’une réductase du cytochrome c dans la fraction membranaire des oléosomes.

Matsui et al. (1999) mettent en évidence la présence d’une lipoxygénase à la surface de corps lipidiques de cotylédons de concombre en phase de post-germination. Valencia-Turcotte et Rodriguez-Sotres (2001) ont détecté une di-acylglycérol-acyltransférase (DAGAT) dans des corps lipidiques purifiés de maïs.

2 nm nœud proline

_TGs

PLs

cytosol

_TGs

PLs

cytosol

Lin et Huang (1984) ont isolé une lipase à partir de corps lipidiques de maïs. C’est une protéine hydrophobe de 65 kDa, associée à la membrane des corps lipidiques.

Les corps lipidiques de l’herbe de la Trinité, seules Bryophytes à posséder des corps lipidiques, possèdent des enzymes de la biosynthèse des isoprénoïdes. Les corps lipidiques pourraient donc jouer un rôle dans le métabolisme cellulaire, en plus de leurs fonctions d’accumulation et de séquestration d’huile (Suire et al., 2000).

Il serait intéressant de savoir si les protéines à activité enzymatique sont constitutives du corps lipidique ou simplement associées à un moment donné du développement de la graine.

• Modèles d’organisation de l’oléosome

Un premier modèle de l’organisation des oléosomes végétaux est proposé (Figure 7). Les oléosines sont enchassées dans la monocouche de PLs avec pour un monomère d’oléosine, 13 molécules de PLs.

Figure 7 : Modèle d’un corps lipidique du maïs (Tzen et Huang, 1992).

Le modèle a été amélioré récemment en tenant compte de la présence des protéines Sop1 (ou caléosine), Sop2 (stéroléosine) et Sop3 (Figure 8).

Cytosol __________ PLs TGs oléosine _Cytosol __________ PLs TGs oléosine

Figure 8 : Diagramme d’un corps lipidique (Frandsen et al., 2001).