Identification et caractérisation de nouveaux gènes impliqués dans la biosynthèse et la régulation de la paroi secondaire chez Arabidopsis thaliana

Identification and characterization of new genes involved in secondary cell wall synthesis and regulation in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Aymerick Eudes
• Direction : Lise Jouanin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Paroi végétale

Lignine

Bêta-glucuronidase

Alcool cinnamylique déshydrogénase

Protéine arabinogalactane

Résumé

Les parois secondaires lignifiées jouent un rôle majeur dans la croissance et le développement des végétaux supérieurs : Elles permettent le port dressé en renforçant les tissus de soutien et confèrent l'hydrophobicité aux vaisseaux conducteurs de la sève. L'identification des acteurs moléculaires impliqués dans sa biosynthèse, sa mise en place et sa régulation revêt donc des intérêts scientifiques et économiques majeurs. La plante modèle Arabidopsis thaliana représente un outil de choix pour appréhender l'ensemble des mécanismes mis en jeu lors de la formation de la paroi secondaire. Cette thèse présente trois stratégies pouvant mener à la caractérisation de certains acteurs du métabolisme pariétal. L'approche de génétique inverse porte sur la caractérisation des Alcools Cinnamyliques Déshydrogénases (CADs) impliquées dans la dernière étape de biosynthèse des monolignols qui constituent la lignine. L'approche de génétique directe visait à identifier des glycosyltransférases impliquées dans le métabolisme des composés phénylpropanoïdes. Enfin, l'approche de biochimie a permis d'isoler une enzyme qui contribue au remaniement des polysaccharides pariétaux. Les deux gènes AtCAD D et AtCAD C sont impliqués dans la lignification constitutive chez Arabidopsis thaliana : Le double mutant pour ces deux gènes présente une teneur en lignines fortement diminuée et constituée principalement d'aldéhydes cinnamyliques, les précurseurs des enzymes CADs. Le gène AtCAD 1 est aussi impliqué ponctuellement dans la lignification au niveau des tissus jeunes et des siliques. Le gène At2g18570 code pour une glycosyltransférase (UGT72D1) potentiellement impliquée dans la glycosylation des composés phénylpropanoïdes et dérivés : L'activité de son promoteur au niveau du xylème lignifié a pu être mise en évidence via l'identification d'une lignée exprimant le gène rapporteur uidA et issue d'un crible réalisé sur la collection de mutants d'insertion de Versailles. L'origine moléculaire de l'activité b-glucuronidase endogène présente chez Arabidopsis thaliana est le fait du gène AtGUS (At5g07830) : Il code pour une glycosyl-hydrolase appartenant à la famille des héparanases de mammifères et serait impliquée dans l'hydrolyse de la partie polysaccharidique des protéoglycanes pariétaux.

Lignified secondary cell walls play an important role in plant growth and development: they enable upright growth by rigidifying tissues and they confer hydrophobicity to sieve tube elements. The identification of molecular players involved in cell wall biosynthesis and regulation constitutes an important scientific and economic challenge. The model plant Arabidopsis thaliana represents a useful tool for the investigations of the mechanisms involved in secondary cell wall formation. This work presents three strategies used to characterize some of the components of cell wall metabolism. A reverse genetic approach for the characterization of Cinnamyl Alcohol Dehydrogenases (CADs) involved in the last step of monolignols biosynthesis. Promoter-trapping to identify glycosyltransferases involved in phenylpropanoids metabolism. Finally, a biochemical approach for the purification of an enzyme involved in the remodelling of cell wall polysaccharides. AtCAD D and AtCAD C are the two genes involved in the last step of monolignol biosynthesis for constitutive lignification in Arabidopsis thaliana. A double knock-out mutant for these two genes shows a drastic reduction in lignin content and a composition altered to be richer in cinnamaldehydes, the CAD precursors. AtCAD 1 is also partially involved in lignification at the level of young tissues and siliques. At2g18570 encodes a glycosyltransferase (UGT72D1) putatively involved in the glycosylation of phenylpropanoids compounds and derivatives: A mutant line from the Versailles T-DNA collection showing a positive GUS activity indicates that the At2g18570 promoter is active in xylem tissue. The molecular origin of endogenous b-glucuronidase activity in Arabidopsis thaliana is due to the AtGUS gene (At5g07830): It encodes a glycosyl-hydrolase which belongs to the same familly as mammalian heparanases and it could be involved in the hydrolysis of polysaccharide chains of cell wall proteoglycans.