Exploration des voies de biosynthèse de l’acide férulique dans les grains et tiges de Brachypodium distachyon

Exploration of ferulic acid biosynthesis pathways in grains and stems of Brachypodium distachyon

• Auteur / Autrice : Séverine Ho-Yue-Kuang
• Direction : Luc Saulnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et mathématiques (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Delavault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Saulnier, Philippe Delavault, Yves Barrière, Gilles Pilate, Marie Dufresne, Catherine Lapierre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yves Barrière, Gilles Pilate

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lignine

Xylanes

Poaceae

Mots clés libres

Comt

Ccoaomt

Résumé

L’acide férulique joue un rôle clé dans les parois cellulaires des Poaceae en permettant la réticulation des chaînes de polysaccharides entre elles et avec les lignines. La connaissance de sa biosynthèse peut améliorer l’usage des céréales en permettant de moduler les propriétés mécaniques des parois et leur digestibilité enzymatique. La plante modèle des Poaceae, Brachypodium distachyon, a été utilisée pour explorer les voies de synthèse de l’acide férulique. Une stratégie de génétique inverse a été mise en place afin d’étudier deux enzymes candidates, la COMT et la CCoAOMT sélectionnées pour leur capacité à produire in vitro respectivement l’acide férulique et le féruloylCoA. Ces OMT étant codées par des familles multigéniques, la sélection des gènes candidats a été basée sur des analyses phylogénétiques et transcriptomiques. Des lignées mutantes ont été obtenues par mutagenèse chimique et identifiées par TILLING pour le gène BdCOMT6. L’analyse de ces lignées a montré que BdCOMT6 est une COMT impliquée dans la synthèse des lignines des tiges et des grains de B. Distachyon. Elle ne serait pas impliquée dans la synthèse de l’acide férulique lié aux parois. Des lignées d’interférence ARN ciblant cinq gènes CCoAOMT appartenant à un clade spécifique des Poaceae ont été générées. De l’acide férulique lié aux parois a été détecté dans les tiges des plantes régénérées. L’analyse des générations suivantes est en cours pour déterminer la fonction de ces gènes. Les lignines des tiges de B. Distachyon ont été étudiées en détail ces dernières années, ce travail de doctorat a permis de caractériser pour la première fois les structures des lignines présentes dans les grains.

Ferulic acid plays a key role in grass cell walls, allowing the reticulation between chains of polysaccharides and with lignins. The understanding of its biosynthesis could improve cereals end-uses in allowing the modulation of the cell wall mechanical properties and enzymatical digestibility. The model plant of Poaceae, Brachypodium distachyon, was used to explore the ferulic acid biosynthesis pathways. A reverse genetic strategy has been established to study two candidate enzymes, the COMT and the CCoAOMT selected for their capacity to produce in vitro ferulic acid and feruloylCoA respectively. Since these OMTs are encoded by multigenic families, a selection of candidate genes has been performed based on phylogenetic and transcriptomic analyses. Mutant lines have been obtained through chemical mutagenesis and identified by TILLING for the BdCOMT6 gene. The analysis of these lines showed that BdCOMT6 is a COMT involved in lignin biosynthesis in B. Distachyon stems and grains. However it would not produce the ferulic acid linked to cell walls. RNA interference lines targeting five CCoAOMT genes belonging to a Poaceae specific clade have been generated. Ferulic acid linked to stem cell walls was detected by preliminary analyses of the regenerated plants. Complementary analyses of the next generations are in progress, they will allow to determine if these CCoAOMT genes have a role in the biosynthesis of ferulic acid linked to cell wall. Lignins have been studied in details over the last few years, only stem lignins were characterized in B. Distachyon, this doctoral work allowed to precisely characterize, and for the first time, the structure of the grain lignins.