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Le grain de maïs en manque d’oxygène

Processus de développement de l’albumen et d’accumulation de l’amidon et de protéines.

Grain de maïs
Mis à jour le 06/07/2017
Publié le 05/07/2017

La qualité du grain de maïs repose sur sa capacité à synthétiser ses réserves protéiques (zéines) et glucidiques (amidon) au sein d’un tissu spécialisé nommé albumen, et à les assembler de façon à obtenir une texture appelée vitrosité. Cette vitrosité du grain détermine in fine ses usages, notamment pour la fabrication de céréales petit-déjeuner (cornflakes).

La vitrosité est déterminée par la teneur en protéines, en amylose (un constituant de l’amidon), et en lipides piégés dans l’amidon. Les teneurs en amylose et en protéines suivent en fait des gradients allant de la périphérie au centre du grain (cf Newsletter n°12 et n°23). Une approche reposant sur l’étude de l’expression des gènes (transcriptomique) et des produits du métabolisme (métabolomique) au cours du développement du grain a permis de montrer que ces gradients sont liés à une gestion différenciée d’un déficit en oxygène (hypoxie), entre sa périphérie (futur zone vitreuse) et son centre (future zone farineuse). Ainsi le saccharose arrivant dans l’albumen est principalement dégradé par un métabolisme respiratoire consommateur d’oxygène en périphérie et par un métabolisme fermentaire ne nécessitant pas d’oxygène au centre. Ceci conduit à une production importante d’ATP (l’énergie chimique des cellules) nécessaire à la synthèse massive de protéines en périphérie tout en maintenant une synthèse d’amidon, moins gourmande en ATP, au centre comme à la périphérie du grain. Cette régulation fine du métabolisme énergétique en hypoxie induit une série de mécanismes cellulaires permettant de réguler l’accumulation et l’assemblage des protéines et de l’amidon.

Différents marqueurs moléculaires ont été ainsi identifiés. Ils vont permettre la sélection de maïs européens adaptés à la fabrication de cornflakes.

Un métabolisme adapté gère la synthèse et l’assemblage d’amidon et de protéines au sein de l’albumen de maïs. © Inra
Un métabolisme adapté gère la synthèse et l’assemblage d’amidon et de protéines au sein de l’albumen de maïs © Inra

Partenaires : ces travaux ont été menés par Mathieu Gayral (doctorant BIA-ELIPS) dans le cadre du projet FUI GranoFlakes (pôle Céréales Vallée) regroupant des partenaires privés (Limagrain, Clextral, Veodis 3D) et l’INRA (les unités BIA de Nantes, IATE de Montpellier et la plateforme transcriptomique IPS2 de Saclay).

Publication associée : Gayral M, Elmorjani K, Dalgalarrondo M, Balzergue SM, Pateyron S, Morel MH, Brunet S, Linossier L, Delluc C, Bakan B, Marion D. (2017) Responses to hypoxia and endoplasmic reticulum stress discriminate the development of vitreous and floury endosperms of conventional maize (Zea mays) inbred lines. Frontiers in Plant Science. doi: 10.3389/fpls.2017.00557.

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Pays de la Loire