Approches transcriptomique et protéomique pour étudier les rôles de l’environnement et du génotype sur le métabolisme pariétal chez le lin

Transcriptomics and proteomics approach to study the roles of the environment and genotype on parietal metabolism in the flax

• Auteur / Autrice : Malika Chabi
• Direction : Simon Hawkins, Anca Lucau-Danila
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie des fonctions biologiques
• Date : Soutenance le 10/12/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de glycobiologie structurale et fondamentale (UGSF)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Qualité

Fibres végétales

Hémicellulose

Variabilité génétique

Transcriptome

Protéomique végétale

Métabolisme

Paroi cellulaire végétale

Variabilité

Lin -- Variétés

Mots clés libres

Stress hydrique

Résumé

Le lin (Linum usitatissimum L.) est cultivé pour ses fibres riches en cellulose utilisées dans l’industrie textile et pour l’élaboration des matériaux composites. La « qualité » des fibres dépend, en partie, de la structure de la paroi cellulaire et nous avons donc essayé de mieux comprendre les différents facteurs pouvant impacter sur la composition des parois cellulaires chez le lin. Dans un premier temps nous avons validé un nouvel support de microarray de type Nimblegen en passant d’un système à base d’oligonucléotides courts (25-mer) à une version avec oligonucléotides longs (60-mer) pour des analyses de transcriptomique. Ensuite une étude protéomique sur plusieurs organes végétatifs nous a permis d’identifier 1242 protéines non-redondantes dont 410 sont associées au métabolisme pariétal. En parallèle nous avons démontrés la présence des hémicellulose de type xyloglucane dans les parois des fibres de lin et mis en évidence une importante paralogie de la famille IIIA des XTHs (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) potentiellement impliqué dans la formation/structuration de la paroi des fibres de lin. Puis, une comparaison transcriptomique et protéomique entre différentes variétés de lin (fibre printemps, fibre hiver, huile hiver) cultivées au champ sur 2 années consécutives a permis d’identifier 659 gènes différentiellement exprimés (DEGs) au niveau variétale, et 1571 DEGs au niveau environnemental. Un nombre non-négligeable de ces gènes est impliqué dans le métabolisme pariétal permettant ainsi de fournir les premiers indices expliquant le lien entre variété et qualité. Cette dernière étude a également souligné l’importance potentielle de la protéine XTH dans le métabolisme pariétal du lin. Le rôle de l’environnement sur le métabolisme pariétale était explorée d’avantage dans une étude visant à disséquer l’impact d’un stress hydrique sur les transcriptomes de 3 organes végétatifs (tige, feuille, racine). Les analyses préliminaires ont identifié un nombre important de DEGs impliqués dans la biosynthèse et le remodelage de plusieurs polymères pariétaux.

Flax (Linum usitatissimum L.) is grown for its cellulose-rich bast fibers used in the textile industry and for reinforcing composite materials. Fiber “quality” depends partly on the structure of the cell wall and we have therefore tried to obtain a better understanding of the different factors that can influence the structure of flax cell walls. We firstly confirmed the use of a new Nimblegen microarray changing from a system based on short (25-mer) oligonucleotides to a system based on long oligonucleotides (60 mers). A proteomics approach was then used and allowed us to identify 1,242 non-redundant proteins of which 410 could be related to cell wall metabolism. In parallel we demonstrated the presence of xyloglucan hemicelluloses in flax fiber cell walls and identified an important paralogy in the IIIA XTH (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) family potentially implicated in the formation/structuration of the flax fiber cell wall. Then a transcriptomic and proteomic comparison between different field-grown flax varieties (spring fiber, winter fiber, winter oil) over 2 consecutive years allowed us to identify 659 differentially-expressed genes (DEGs) at the variety level, and 1,571 genes at the environmental level. A non-negligible number of these genes is involved in cell wall metabolism thereby providing some initial clues allowing a link to be made between variety and quality. This study also underlined the potential importance of the XTH protein in flax cell wall metabolism. The role of the environment on cell wall metabolism was further explored in a study aiming to dissect the impact of drought stress on the transcriptomes of 3 vegetative organs (stem, leaf, root). Preliminary analyses identified an important number of DEGs involved in the biosynthesis and remodeling of several cell wall polymers.