Nos recherches

Une recherche centrée sur la biologie des polysaccharides de réserve

L’équipe IBSP (Biologie Intégrative des Polysaccharides de Réserve) inscrit ses travaux dans l’axe stratégique « Energy Storage Polysaccharides » porté par l’unité UGSF pour la période 2026–2030. Notre recherche vise à élucider le métabolisme, la structure et la régulation des polysaccharides de réserve, notamment l’amidon, à explorer leur diversité évolutive et à comprendre leur réponse aux stress abiotiques tels que la température ou la lumière.
Ces travaux prennent tout leur sens dans un contexte de transition écologique, alimentaire et énergétique, où les polysaccharides sont appelés à jouer un rôle majeur dans la sécurité alimentaire, la valorisation de la biomasse végétale et le développement de biomatériaux durables.
Les travaux de l’équipe IBSP s’articulent autour de quatre grandes questions biologiques fondamentales, qui constituent le socle de notre démarche scientifique.

En parallèle, nous développons des projets transverses et exploratoires, à forte composante technologique ou interdisciplinaire, qui enrichissent notre compréhension et ouvrent de nouvelles perspectives d’application.

1 / Initiation de la synthèse de l’amidon

Ce processus implique à la fois la synthèse de novo de chaînes glucidiques (priming) et leur organisation spatiale (nucléation) pour former un grain semi-cristallin. Nous étudions les protéines impliquées dans ces étapes précoces. Notre approche repose sur une diversité de modèles biologiques incluant des organes de stockage (tubercules, graines) d’espèces cultivées comme la pomme de terre ou le pois, ainsi que des algues vertes, rouges et des protistes photosynthétiques. Nous mobilisons pour cela des outils de génomique fonctionnelle, d’analyses multi-omiques, de phylogénie et de biochimie comparée.

2 / Transition de phase des polysaccharides

C’est la conversion des glucanes solubles en amidon semi-cristallin. Ce phénomène complexe fait intervenir des enzymes de débranchement (DBE), mais aussi des protéines non enzymatiques telles que LESV et ESV1, dont les fonctions sont encore en partie inconnues. Nous étudions également des modèles algaux comme Chromera velia, qui présentent des voies alternatives de cristallisation sans DBE classique. Cette recherche intègre l’imagerie Raman et FT-IR, la biochimie structurale, l’édition génomique (CRISPR-Cas9) et l’analyse de grains d’amidon individuels, afin de caractériser la composition et l’organisation fine des polysaccharides.

3 / Influence des stress abiotiques sur le métabolisme de l’amidon.

La température constitue un signal environnemental majeur, modulant la photosynthèse, le stockage et la mobilisation des réserves carbonées. Nos modèles, tels que la pomme de terre, le pois et certaines microalgues marines, nous permettent d’étudier des phénomènes tels que le “cold-induced sweetening”, les mécanismes de dormance et de germination, ou les adaptations métaboliques en conditions extrêmes. Nous combinons analyses multi-omiques (transcriptomiques, protéomiques, métabolomiques), biochimiques et génétiques pour identifier les réseaux de régulation impliqués, approches couplées à l’utilisation d’outils statistiques (i.e. le package mixOmics de R).

4 / Rôle de l’amidon pyrenoïdal dans les photosymbioses marines

Chez certaines microalgues, l’amidon s’accumule autour du pyrénoïde, une structure subcellulaire qui concentre le CO2 autour de la Rubisco. Nous étudions cette organisation particulière à travers le modèle Symsagittifera roscoffensis–Tetraselmis convolutae, en analysant les flux de carbone isotopiques (¹³C), la photosynthèse in situ et les symbioses reconstituées à partir d’algues mutantes générées par CRISPR. Cette approche permet de mieux comprendre le rôle de l’amidon dans la stabilité et l’efficacité des associations algue–animal.

Nos projets transverses

En parallèle de ces quatre questions biologiques, IBSP conduit un ensemble de projets transverses et interdisciplinaires qui enrichissent et prolongent ces thématiques.

Nous avons notamment développé un projet d’« omics à l’échelle du grains unique » (SinGraMics), en collaboration avec l’unité MSAP, pour analyser la composition protéique, lipidique, phosphorée et glucidique de chaque grain d’amidon.
Nous menons également des travaux d’ingénierie métabolique chez les cyanobactéries marines dans le cadre du projet ANR EPPIC, afin de produire des polysaccharides de type dextrane en condition phototrophe.
D’autres projets visent à caractériser les interactions protéines–amidon, en partenariat avec le laboratoire industriel Axomama (Florimond Desprez, Germicopa, SES Vanderhave), ou à développer de nouveaux outils technologiques.
Parmi eux figurent :
– la photoporation des microalgues (PhLAM),
– la mesure non-invasive des sucres par micro-ondes (IEMN, IRCICA),
– l’encapsulation de peptides thérapeutiques dans les grains d’amidon (IEMN),
– ou encore des méthodes d’analyse électrophorétique avancées des polymères glucidiques (IPCM).
Des projets transverses sont réalisés en collaboration avec la Plateforme Avancée de Spectroscopie de l’Institut Chevreul (Lille, FR2638) et le LASIRE (U-Lille, UMR CNRS 8516).
Des approches en micro-spectroscopie vibrationnelle (RAMAN ou FT-IR) sont développées et optimisées sur nos modèles. Deux projets majeurs sont ainsi explorés: la diversité des micro-algues (et parmi elles, l’identification de celles qui réalisent une photosymbiose), mais aussi la caractérisation spectrale et la cartographie chimique des grains d’amidon de pomme de terre.

Le traitement de toutes ces données se fait ensuite par des approches statistiques multivariées (PCA, PLS-DA, sPLS-DA, hirerachical clustering..).