Caractérisation de mutants d'Arabidopsis thaliana affectés dans la production de mucilage par les téguments de la graine

Characterization of Arabidopsis thaliana mutants affected in seed coat mucilage production

• Auteur / Autrice : Audrey Macquet
• Direction : Helen North
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Institut national agronomique Paris-Grignon (1971-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mucilages

Cellulose

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Galactosidose

Varaibilité naturelle

Espèces myxospermiques

Résumé

Le mucilage est un complexe essentiellement pectique, produit chez les espèces myxospermiques comme Arabidopsis par les cellules épidermiques des téguments des graines à la suite de leur imbibition. Ce halo visqueux et hydrophile présent à la périphérie immédiate de la graine pourrait participer à sa dispersion ou contrôler sa germination. Chez Arabidopsis, la sécrétion du mucilage dans l’apoplasme des cellules épidermiques du tégument séminal externe s’accompagne d’un important réarrangement intracellulaire, notamment caractérisé par l’accumulation temporaire d’amyloplastes et la mise en place, au centre des cellules, d��une columelle formée de constituants pariétaux et dont le rôle n’est pas connu. Si ce processus de différentiation cellulaire est désormais parfaitement décrit, en revanche seules des données très fragmentaires sur la composition du mucilage ont été publiées, et un nombre très limité de gènes impliqués dans la régulation de sa production ont été identifiés. Au cours de ce travail de thèse, une analyse approfondie de la composition du mucilage a donc été entreprise. Elle a permis de montrer que le mucilage est constitué de deux couches distinctes dont les RG-I sont les composés majoritaires, mais qui présentent des propriétés structurales différentes. La couche externe, soluble dans l’eau, présente une masse molaire moyenne de 600 kDa. La couche interne, très adhérente à la graine et de très haute masse moléculaire, peut quant à elle être divisée en deux domaines. Son domaine externe contient de faibles quantités d’arabinanes et de galactanes, tandis que son domaine interne renferme de la cellulose associée à des galactanes. Ces différences de propriétés physiques et de composition suggèrent que les deux couches de mucilage ont des fonctions différentes. Un autre objectif du projet était d’identifier de nouveaux éléments impliqués dans la formation des cellules productrices du mucilage et la biosynthèse du mucilage. Le criblage d’une collection d’accessions d’Arabidopsis a permis d’isoler une population du Tadjikistan, appelée Shahdara, affectée naturellement dans la libération du mucilage séminal. La cartographie du gène responsable de la mutation a conduit à l’identifier avec la β-D-galactosidase putative MUM2/BGAL6. L’analyse du phénotype de mum2 a permis de montrer que l’enzyme présentait une activité β-D-galactosidase impliquée dans la maturation des RG-I du mucilage, et responsable d’une augmentation de son potentiel hydrophile nécessaire à sa libération. Afin de déterminer si la présence de la mutation chez Shahdara représentait une adaptation à une contrainte environnementale, d’autres populations ont été collectées en Asie centrale. Trois d’entre elles s’avèrent également affectées dans la libération du mucilage séminal. Leur analyse a montré que deux de ces populations étaient alléliques à Shahdara, mais que leurs mutations étaient indépendantes, et que la troisième population était affectée dans un autre gène, indiquant qu’une forte pression de sélection s’oppose à la libération du mucilage dans cette région. A l’exception du défaut d’excrétion du mucilage séminal, les mutants mum2 ne présentent aucun autre phénotype visible. Toutefois, dans la mesure où de nombreux mutants affectés dans le processus de production du mucilage sont pléiotropes, et que l’expression d’At MUM2 est ubiquitaire, une étude détaillée de son expression dans les différents tissus de la plante a été entreprise, car elle pourrait indiquer un autre rôle adaptatif à la mutation Shahdara. Une expression a notamment été détectée dans deux autres types cellulaires produisant du mucilage, la coiffe racinaire et les vaisseaux du xylème. At MUM2 pourrait ainsi participer à la maturation des RG-I qu’ils renferment.