A forward genetic approach in Chlamydomonas reinhardtii as a strategy for exploring starch catabolism

Ces 20 dernières années ont été consacrées à la dissection du réseau enzymatique complexe aboutissant à l’édification de l’amidon alors que bien moins de données ont été obtenues en ce qui concerne la dégradation ou les phénomènes de régulation de cette voie métabolique. Le métabolisme de ce polysaccharide nécessite plus de 40 gènes aussi bien chez la microalgue la plus primitive que chez les plantes les plus évoluées. Ce résultat est surprenant si on considère que l’amidon n’est composé que d’un seul sucre, le glucose, et contient uniquement que deux types de liaisons chimiques. En sus de son intérêt pour les industries alimentaire et des matériaux, un intérêt grandissant pour la compréhension des phénomènes de mobilisation de l’amidon chez les microalgues est apparu du fait de l’importance de ces organismes pour la production de bioénergies. Tandis que la majorité des données disponibles à ce jour proviennent d’approches de génétique inverse chez la plante modèle Arabidopsis thaliana, nous proposons d’étudier le catabolisme de l’amidon via une stratégie de génétique formelle dans un système plus convenu pour une telle approche que les plantes modèles : l'algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. La construction et le crible d’une banque de mutants d’insertion nous ont permis d’isoler plus de 40 souches déficientes pour la mobilisation et représente une ressource essentielle pour une compréhension complète des mécanismes de dégradation de l’amidon. Nos caractérisations biochimiques, enzymologiques et moléculaires sur ces mutants nous ont permis d’identifier un nombre appréciable de fonctions impliquées plus ou moins directement dans le processus.During the last two decades of research, efforts have been focused on the understanding of the complex pathway of starch biosynthesis with comparatively less emphasis on the genes and regulatory networks responsible for mobilization in planta of this important source of storage polysaccharide. However the starch metabolism network includes over 40 genes highly conserved from green algae to land plants. This comes as a surprise when one considers that this storage polysaccharide is made solely of glucose residues with only two types of chemical linkages. In addition to its central importance in food and material science, a particular interest in the understanding of starch mobilization in green algae rather than crops has been generated from recent developments in the production of bioenergies. While successful reverse genetic approaches have been mostly applied to Arabidopsis, we propose to complete and reassess our vision of starch catabolism by applying a high throughput forward genetic strategy in the system which among all model plants is most suited for such an approach: the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardtii. We thus constructed and screened an insertional mutant bank and identified more than 40 mutant strains altered in their ability or in the kinetics of starch mobilization. The combination of biochemical, enzymological and molecular approaches allowed us to identify several of the mutations responsive of the catabolic phenotype