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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Biopolymères Interactions Assemblages

De nouvelles cibles moléculaires pour améliorer la valeur semoulière du maïs

Rôle clé du métabolisme lipidique dans la structuration de l’amidon et de la matrice amylo-protéique du grain.

Contexte

En Europe, les céréales petit déjeuner sont un marché représentant un chiffre d’affaire de 6 milliards d’euros. Parmi celles-ci, les cornflakes sont fabriqués à partir de maïs importés d’Amérique du sud. Pour accroitre sa compétitivité, la filière maïs européen souhaite développer des hybrides combinant un bon rendement agronomique avec des qualités texturales adaptées au procédé cornflakes. La fraction vitreuse issue du fractionnement des grains (hominies) est la seule utilisée pour la fabrication de cornflakes. Dans ce contexte, des recherches visant à déterminer les bases moléculaires et physicochimiques de la formation de la texture vitreuse du grain ont été entreprises afin d’optimiser la sélection variétale pour le rendement en hominies. Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration soutenue par le Fond Unique Interministériel (FUI GranoFlakes coordonné par le pôle de compétitivité Céréales Vallée) associant des partenaires industriels, un semencier (Limagrain), un spécialiste de la cuisson-extrusion (Clextral), une PME spécialisée dans l’analyse d’images (Veodis 3D) et deux laboratoires du département CEPIA (UR-BIA à Nantes et l’UMR IATE à Montpellier).

Résultats

En analysant différents génotypes, cornés et dentés, nous avons mis en évidence une relation étroite de la vitrosité avec la répartition et la composition des lipides de l’albumen (compartiment accumulant l’amidon et les protéines de réserve du grain). En particulier, un phospholipide piégé au sein de l’amidon, la lysophosphatidylcholine (lysoPC), est en concentration plus élevée dans la fraction vitreuse que dans la fraction farineuse de l’albumen. Il en est de même pour la teneur en amylose, qui est un des composants principaux de l’amidon, résultat suggérant que les complexes amylose-lysoPC pourraient jouer un rôle majeur dans la construction de la vitrosité. Parallèlement la structure de l’amidon est modifiée faisant apparaître de nombreux canaux protéiques dans la fraction vitreuse. L’origine de ce lipide, la lysoPC, est encore inconnue, mais sa teneur est étroitement associée à celle de son précurseur la phosphatidylcholine, composant majeur des membranes du réticulum endoplasmique où se déroule la synthèse des protéines de réserve. Cette synthèse protéique est particulièrement intense dans la partie vitreuse de l’albumen. Il apparait ainsi que les lipides, composés mineurs (<1% de l’albumen), sont d’excellents marqueurs de la construction de la vitrosité et des processus métaboliques complexes contrôlant l’accumulation des réserves protéiques et amylacées.

Perspectives

Une analyse transcriptomique est en cours afin d’identifier, au cours du développement du grain, les gènes associés à l’homéostasie lipidique et notamment ceux responsables de l’accumulation des lipides piégés au sein de l’amidon. L’analyse des réseaux de gènes impliqués dans la synthèse des lipides, des protéines de réserve et de l’amidon devrait permettre de développer de nouveaux outils génétiques pour la sélection de maïs adaptés à la technologie semoulière

Au delà du maïs, cette étude ouvre de nouvelles perspectives pour aborder le rôle des lipides complexés à l’amidon sur l’assemblage de ses composants polysaccharidiques et sur les interactions entre protéines et amidon au sein de l’albumen des céréales.

Partenariat

Ces travaux sont 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 et IATE de Montpellier).

Voir aussi

Gayral M, Bakan B, Dalgalarrondo M, Elmorjani K, Delluc C, Brunet S, Linossier L, Morel MH, & Marion D. (2015) Lipid partitioning in maize (Zea mays L.) endosperm highlights relationships among starch lipids, amylose, and vitreousness. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 63(13):3551-3558.

Gayral M, Gaillard, C., Bakan B, Dalgalarrondo M, Elmorjani K, Delluc C, Brunet S, Linossier L, Morel MH, & Marion D. (2015) Transition from vitreous to floury endosperm in maize (Zea mays L.) kernels is related to protein and starch gradients. Journal of Cereal science (submitted)

Gayral M. (2015) Bases moléculaires et physicochimiques de la vitrosité du maïs, Thèse de doctorat, Université de Nantes, soutenue le 4 décembre 2015.