Dynamique d’assemblage des protéines de réserve et du remplissage du grain de blé dur

Durum wheat is particularly recognized as the most suitable raw material for pasta makingdue to its vitreousness and its high protein content. This cereal is commonly grown in Mediterranean environment and then frequently submitted to high temperature and waterstress. The aim of this thesis was to better understand the accumulation and assembly of storage proteins during the grain development. Evaluation of the grain filling, the morphology of protein bodies, the redox status and the size distribution of glutenin polymers were carriedout. The effect of high temperatures applied at different stages of the grain development on these parameters was studied.By favouring protein accumulation at the expense of starch, heat stress appeared essential to obtain vitreous grains and high protein content. The arrest of grain growth observed at 45% grain water content is preceded by the formation of a continuous protein matrix. The dry mass accumulation is closely related to water dynamics, confirming the link between water content and final grain weight. During grain filling, high temperatures have a significant effect on the formation of SDS-insoluble glutenin polymers. It occurred when grain water concentration dropped below 30%. The duration of this final stage of oxidation and assembly of glutenin polymers was related to protein content.Changes in the grain redox status showed an accumulation of glutenin polymers mainly occurring before the onset of grain desiccation phase and coinciding with the ascorbate oxidation. This clear oxidation coincided also with the glutathionylation of proteins and the drop of the CAT activity. During desiccation, the activities of SOD and GR increased significantly.This late synthesis could occur in the aleurone layer and germ in response to massive oxidation of the endosperm cells.Finally, we evaluated the coupling between protein thiol oxidation and size increase of glutenin polymers. In the early stages, glutenin subunits assembled as oligomers partially reduced. During grain filling, a strong thiol oxidation took place with the formation of polymers mainly composed of HMW-GS associated with LMW-GS branching. The polymer size increased during desiccation. The polymeric structures obtained during the grain development presented a high number of reduced cysteines inconsistent with a linear concatenation model of assembly. It allowed us to propose that the folding of LMW-GS is a late event, subsequent to their insertion into oligomeric assemblies. These results highlighted the role of glutathione asco-factor in the polymers formation, contrasting with the common assumption that considers itas an inhibitor of the size increase of glutenin polymers.Le blé dur, du fait de sa vitrosité et de sa richesse en protéines est particulièrement adapté à la fabrication des pâtes alimentaires. Cette céréale, largement cultivée dans le bassin méditerranéen, est fréquemment soumise à des stress hydriques et thermiques. Les objectifs de cette thèse ont été d'approfondir les connaissances sur les modalités d'accumulation et d'assemblage des protéines de réserve au cours du développement du grain. Un suivi fin du remplissage du grain, de la morphologie des corps protéiques, des changements d'état redox et de la distribution en taille des polymères de gluténines a été réalisé. L'influence, sur ces différents paramètres, de températures élevées appliquées à différents stades de développement du grain a été étudiée.En privilégiant l'accumulation des protéines au détriment de l'amidon, le stress thermique joue un rôle non négligeable dans l'obtention de grains vitreux et à fortes teneurs en protéines.L'arrêt de la croissance du grain, observé à 45% de teneur en eau, est précédé de la mise en place de la matrice protéique. L'accumulation de la matière sèche apparaît étroitement liée à la dynamique de l'eau, confirmant le lien entre teneur en eau et poids final du grain. Au cours du remplissage du grain, les températures élevées exercent un effet significatif sur la formation des polymères de gluténines insolubles dans le SDS. Leur formation n'intervient qu'en fin de dessiccation et en deçà de 30% de teneur en eau. La durée de cette phase ultime d'oxydation et d'assemblage des polymères de gluténines a été reliée à la teneur en protéines.L'évolution du statut redox du grain montre qu'une accumulation massive de polymères de gluténines intervient juste avant l'entrée en dessiccation du grain qui coïncide avec l'effondrement de l'ascorbate dans le grain. Coïncidant avec cette oxydation manifeste, un phénomène de glutathionylation des protéines a été détecté avec une rupture de l'activité de laCAT. Au cours de la dessiccation, les activités de la SOD et de la GR augmentent de façon significative. Cette synthèse tardive pourrait se produire au niveau de la couche à aleurone et du germe en réponse à l'oxydation massive de l'albumen.Enfin, nous avons analysé le couplage entre oxydation des thiols protéiques et croissance entaille des polymères de gluténines. Très précocement, les sous-unités de gluténine s'assemblent sous forme d'oligomères partiellement réduits. Durant le remplissage du grain,une oxydation massive des thiols intervient avec la formation de polymères majoritairement composés de SG-HPM sur lesquels viendraient se fixer les SG-FPM. Au cours de la dessiccation,la taille des polymères augmente. Les structures polymériques formées au cours de l'élaboration du grain possèdent un nombre de cystéines réduites élevé et incompatible avecun modèle d'assemblage linéaire. Les résultats obtenus nous permettent de proposer un repliement tardif des SG-FPM, postérieur à leur insertion dans les assemblages oligomériques.Ils nous amènent à mettre en avant le rôle du glutathion comme co-facteur de la genèse des polymères, à l'opposé des thèses classiques qui en font plutôt un inhibiteur de la croissance entaille des polymères de gluténine

Dynamic of the assembly of storage proteins and grain filling of durum wheat.

Le blé dur, du fait de sa vitrosité et de sa richesse en protéines est particulièrement adapté àla fabrication des pâtes alimentaires. Cette céréale, largement cultivée dans le bassinméditerranéen, est fréquemment soumise à des stress hydriques et thermiques. Les objectifsde cette thèse ont été d'approfondir les connaissances sur les modalités d'accumulation etd'assemblage des protéines de réserve au cours du développement du grain. Un suivi fin duremplissage du grain, de la morphologie des corps protéiques, des changements d'état redox etde la distribution en taille des polymères de gluténines a été réalisé. L'influence, sur cesdifférents paramètres, de températures élevées appliquées à différents stades dedéveloppement du grain a été étudiée.En privilégiant l'accumulation des protéines au détriment de l'amidon, le stress thermiquejoue un rôle non négligeable dans l'obtention de grains vitreux et à fortes teneurs en protéines.L'arrêt de la croissance du grain, observé à 45% de teneur en eau, est précédé de la mise enplace de la matrice protéique. L'accumulation de la matière sèche apparaît étroitement liée à ladynamique de l'eau, confirmant le lien entre teneur en eau et poids final du grain. Au cours duremplissage du grain, les températures élevées exercent un effet significatif sur la formationdes polymères de gluténines insolubles dans le SDS. Leur formation n'intervient qu'en fin dedessiccation et en deçà de 30% de teneur en eau. La durée de cette phase ultime d'oxydation etd'assemblage des polymères de gluténines a été reliée à la teneur en protéines.L'évolution du statut redox du grain montre qu'une accumulation massive de polymères degluténines intervient juste avant l'entrée en dessiccation du grain qui coïncide avecl'effondrement de l'ascorbate dans le grain. Coïncidant avec cette oxydation manifeste, unphénomène de glutathionylation des protéines a été détecté avec une rupture de l'activité de laCAT. Au cours de la dessiccation, les activités de la SOD et de la GR augmentent de façonsignificative. Cette synthèse tardive pourrait se produire au niveau de la couche à aleurone etdu germe en réponse à l'oxydation massive de l'albumen.Enfin, nous avons analysé le couplage entre oxydation des thiols protéiques et croissance entaille des polymères de gluténines. Très précocement, les sous-unités de gluténiness'assemblent sous forme d'oligomères partiellement réduits. Durant le remplissage du grain,une oxydation massive des thiols intervient avec la formation de polymères majoritairementcomposés de SG-HPM sur lesquels viendraient se fixer les SG-FPM. Au cours de la dessiccation,la taille des polymères augmente. Les structures polymériques formées au cours del'élaboration du grain possèdent un nombre de cystéines réduites élevé et incompatible avecun modèle d'assemblage linéaire. Les résultats obtenus nous permettent de proposer unrepliement tardif des SG-FPM, postérieur à leur insertion dans les assemblages oligomériques.Ils nous amènent à mettre en avant le rôle du glutathion comme co-facteur de la genèse despolymères, à l'opposé des thèses classiques qui en font plutôt un inhibiteur de la croissance entaille des polymères de gluténines.Durum wheat is particularly recognized as the most suitable raw material for pasta makingdue to its vitreousness and its high protein content. This cereal is commonly grown inMediterranean environment and then frequently submitted to high temperature and waterstress. The aim of this thesis was to better understand the accumulation and assembly ofstorage proteins during the grain development. Evaluation of the grain filling, the morphologyof protein bodies, the redox status and the size distribution of glutenin polymers were carriedout. The effect of high temperatures applied at different stages of the grain development onthese parameters was studied.By favouring protein accumulation at the expense of starch, heat stress appeared essentialto obtain vitreous grains and high protein content. The arrest of grain growth observed at 45%grain water content is preceded by the formation of a continuous protein matrix. The dry massaccumulation is closely related to water dynamics, confirming the link between water contentand final grain weight. During grain filling, high temperatures have a significant effect on theformation of SDS-insoluble glutenin polymers. It occurred when grain water concentrationdropped below 30%. The duration of this final stage of oxidation and assembly of gluteninpolymers was related to protein content.Changes in the grain redox status showed an accumulation of glutenin polymers mainlyoccurring before the onset of grain desiccation phase and coinciding with the ascorbateoxidation. This clear oxidation coincided also with the glutathionylation of proteins and thedrop of the CAT activity. During desiccation, the activities of SOD and GR increased significantly.This late synthesis could occur in the aleurone layer and germ in response to massive oxidationof the endosperm cells.Finally, we evaluated the coupling between protein thiol oxidation and size increase ofglutenin polymers. In the early stages, glutenin subunits assembled as oligomers partiallyreduced. During grain filling, a strong thiol oxidation took place with the formation of polymersmainly composed of HMW-GS associated with LMW-GS branching. The polymer size increasedduring desiccation. The polymeric structures obtained during the grain development presenteda high number of reduced cysteines inconsistent with a linear concatenation model ofassembly. It allowed us to propose that the folding of LMW-GS is a late event, subsequent totheir insertion into oligomeric assemblies. These results highlighted the role of glutathione asco-factor in the polymers formation, contrasting with the common assumption that considers itas an inhibitor of the size increase of glutenin polymers

Dynamique d'assemblage des protéines de réserve et du remplissage du grain de blé dur

Le blé dur, du fait de sa vitrosité et de sa richesse en protéines est particulièrement adapté àla fabrication des pâtes alimentaires. Cette céréale, largement cultivée dans le bassinméditerranéen, est fréquemment soumise à des stress hydriques et thermiques. Les objectifsde cette thèse ont été d'approfondir les connaissances sur les modalités d'accumulation etd'assemblage des protéines de réserve au cours du développement du grain. Un suivi fin duremplissage du grain, de la morphologie des corps protéiques, des changements d'état redox etde la distribution en taille des polymères de gluténines a été réalisé. L'influence, sur cesdifférents paramètres, de températures élevées appliquées à différents stades dedéveloppement du grain a été étudiée.En privilégiant l'accumulation des protéines au détriment de l'amidon, le stress thermiquejoue un rôle non négligeable dans l'obtention de grains vitreux et à fortes teneurs en protéines.L'arrêt de la croissance du grain, observé à 45% de teneur en eau, est précédé de la mise enplace de la matrice protéique. L'accumulation de la matière sèche apparaît étroitement liée à ladynamique de l'eau, confirmant le lien entre teneur en eau et poids final du grain. Au cours duremplissage du grain, les températures élevées exercent un effet significatif sur la formationdes polymères de gluténines insolubles dans le SDS. Leur formation n'intervient qu'en fin dedessiccation et en deçà de 30% de teneur en eau. La durée de cette phase ultime d'oxydation etd'assemblage des polymères de gluténines a été reliée à la teneur en protéines.L'évolution du statut redox du grain montre qu'une accumulation massive de polymères degluténines intervient juste avant l'entrée en dessiccation du grain qui coïncide avecl'effondrement de l'ascorbate dans le grain. Coïncidant avec cette oxydation manifeste, unphénomène de glutathionylation des protéines a été détecté avec une rupture de l'activité de laCAT. Au cours de la dessiccation, les activités de la SOD et de la GR augmentent de façonsignificative. Cette synthèse tardive pourrait se produire au niveau de la couche à aleurone etdu germe en réponse à l'oxydation massive de l'albumen.Enfin, nous avons analysé le couplage entre oxydation des thiols protéiques et croissance entaille des polymères de gluténines. Très précocement, les sous-unités de gluténiness'assemblent sous forme d'oligomères partiellement réduits. Durant le remplissage du grain,une oxydation massive des thiols intervient avec la formation de polymères majoritairementcomposés de SG-HPM sur lesquels viendraient se fixer les SG-FPM. Au cours de la dessiccation,la taille des polymères augmente. Les structures polymériques formées au cours del'élaboration du grain possèdent un nombre de cystéines réduites élevé et incompatible avecun modèle d'assemblage linéaire. Les résultats obtenus nous permettent de proposer unrepliement tardif des SG-FPM, postérieur à leur insertion dans les assemblages oligomériques.Ils nous amènent à mettre en avant le rôle du glutathion comme co-facteur de la genèse despolymères, à l'opposé des thèses classiques qui en font plutôt un inhibiteur de la croissance entaille des polymères de gluténines.Durum wheat is particularly recognized as the most suitable raw material for pasta makingdue to its vitreousness and its high protein content. This cereal is commonly grown inMediterranean environment and then frequently submitted to high temperature and waterstress. The aim of this thesis was to better understand the accumulation and assembly ofstorage proteins during the grain development. Evaluation of the grain filling, the morphologyof protein bodies, the redox status and the size distribution of glutenin polymers were carriedout. The effect of high temperatures applied at different stages of the grain development onthese parameters was studied.By favouring protein accumulation at the expense of starch, heat stress appeared essentialto obtain vitreous grains and high protein content. The arrest of grain growth observed at 45%grain water content is preceded by the formation of a continuous protein matrix. The dry massaccumulation is closely related to water dynamics, confirming the link between water contentand final grain weight. During grain filling, high temperatures have a significant effect on theformation of SDS-insoluble glutenin polymers. It occurred when grain water concentrationdropped below 30%. The duration of this final stage of oxidation and assembly of gluteninpolymers was related to protein content.Changes in the grain redox status showed an accumulation of glutenin polymers mainlyoccurring before the onset of grain desiccation phase and coinciding with the ascorbateoxidation. This clear oxidation coincided also with the glutathionylation of proteins and thedrop of the CAT activity. During desiccation, the activities of SOD and GR increased significantly.This late synthesis could occur in the aleurone layer and germ in response to massive oxidationof the endosperm cells.Finally, we evaluated the coupling between protein thiol oxidation and size increase ofglutenin polymers. In the early stages, glutenin subunits assembled as oligomers partiallyreduced. During grain filling, a strong thiol oxidation took place with the formation of polymersmainly composed of HMW-GS associated with LMW-GS branching. The polymer size increasedduring desiccation. The polymeric structures obtained during the grain development presenteda high number of reduced cysteines inconsistent with a linear concatenation model ofassembly. It allowed us to propose that the folding of LMW-GS is a late event, subsequent totheir insertion into oligomeric assemblies. These results highlighted the role of glutathione asco-factor in the polymers formation, contrasting with the common assumption that considers itas an inhibitor of the size increase of glutenin polymers.MONTPELLIER-SupAgro La Gaillarde (341722306) / SudocSudocFranceF

Grãos de sorgo imaturos como promoção da bioeconomia e da nutrição humana

International audienceObjetivo: Caracterizar o perfil de compostos fenólicos e atividade antioxidante de diferentes genótipos de sorgo ao longo da maturação do grão usando abordagens metabolômicas para valorização da cultura destinada à alimentação humana deste cereal no Brasil. Metodologia: Amostras de sorgo (Sorghum bicolor L., caudatum) foram cultivadas em 2017 (Mauguio, França) e fornecidas pela unidade “Melhoramento genético e adaptação de plantas tropicais e mediterrâneas” (CIRAD, INRA, Montpellier). Cinco estágios de maturação de grãos (S1-S4 e maduro) do genótipo IS15752 foram colhidos em 7, 21, 29, 37 e 40 dias após a antese, respectivamente, e liofilizados até 12% de umidade (Figura 1). Os grãos inteiros foram pesados, moídos criogenicamente usando moinho de bolas e analisados por colorimetria (a*, b*, L*). Os compostos livres foram extraídos em solução etanólica 80% e os compostos ligados a partir dos pellets após hidrólise alcalina seguida por hidrólise ácida. A quantificação do teor de compostos redutores (TCR) totais nos extratos foi feito em microplacas (FlexStation III, Molecular Devices) com modificações (Bobo-Garcia et al., 2015) e os resultados foram expressos pela média das triplicatas em mg de equivalentes de ácido gálico (EAG) por grama de grão (bs). A atividade antioxidante pela inibição do Radical DPPH foi adaptado para microplacas, de acordo com Sompong et al. (2011) e os dados foram expressos pela média das triplicatas em mg de equivalentes de Trolox (TE) por grama de grão (bs). Para a determinação do perfil dos compostos fenólicos por UPLC-MSE foi utilizado o sistema UPLC Acquity acoplado ao Xevo G2-S Q-ToF (Waters) com fonte de ionização por eletrospray (ESI) e analisadores de massas tipo quadrupolo e tempo de voo (QToF). Resultados: A evolução do peso seco médio do grão ao longo do desenvolvimento permite a compreensão das fases de maturação do grão. O TCR decaiu nos extratos livres, enquanto nos extratos ligados houve uma maior variação que não acompanhou a maturação do grão. Os grãos mais imaturos (S1) apresentaram TCR significativamente maior nos extratos livres, enquanto os estágios mais maduros (S3-maduro) apresentaram maior teor de compostos ligados, provavelmente devido a mudanças oxidativas ou enzimáticas sofridas pelos compostos na matriz do grão de sorgo. Os resultados da capacidade antioxidante seguiram o mesmo perfil do TCR, apresentando forte correlação positiva. Na análise metabolômica, foram tentativamente identificados 45 compostos fenólicos livres e 68 ligados. O extrato ligado corresponde a 70% da abundância total de ions e estão presentes principalmente em S1, S2 e maduro; enquanto os fenólicos livres solúveis foram maiores nos estágios imaturos, diminuindo ao longo da maturação dos grãos. Conclusão: Este trabalho parece ser o primeiro a revelar as diferenças nas composições fenólicas e capacidade antioxidante durante o desenvolvimento de grãos de sorgo e permite que seja utilizado como alimento funcional voltado à promoção da saúde pública

Lipidomics of rice bran

International audienc

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