Vers l'élaboration d'un modèle de construction des parois secondaires des fibres de bois chez le peuplier

Towards the development of a model of secondary cell wall formation of wood fibres in poplar

• Auteur / Autrice : Clément Cuello
• Direction : Annabelle Déjardin, Gilles Pilate
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie. Biologie végétale intégrative
• Date : Soutenance le 16/04/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie intégrée pour la valorisation de la diversité des Arbres et de la Forêt (Orléans ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Simon Hawkins
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Annabelle Déjardin, Gilles Pilate, Simon Hawkins, Fabienne Guillon, Soazig Guyomarc'h, Christophe Hano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabienne Guillon, Soazig Guyomarc'h

Mots clés

Mots clés contrôlés

génétique

métabolisme

Paroi cellulaire

Paroi cellulaire végétale

Imagerie hyperspectrale

Séquençage des acides nucléiques

Croissance

Peupliers

Mots clés libres

Xylogenèse

RNA-Seq

Microspectroscopie

Parois secondaires végétales

Wood formation

RNA-Seq

Microspectroscopy

Plant secondary cell walls

Résumé

Les arbres atteignent des hauteurs et des durées de vie considérables grâce aux propriétés remarquables de leur bois. En effet, le bois remplit trois fonctions principales : (i) la conduction de la sève brute de la racine au houppier, (ii) le soutien mécanique de la masse toujours en augmentation de l'arbre en croissance et (iii) le stockage de réserves temporaires, capitales pour la pérennité de l'arbre. Chez les angiospermes, les vaisseaux, les fibres et les rayons parenchymateux sont, respectivement, affiliés à ces fonctions. Chacune de ces cellules possède son propre schéma de développement. Par ailleurs, la composition et la structure des parois de ces cellules varient considérablement en fonction des stades de développement et des conditions environnementales. Cette complexité représente donc un frein à l’étude des mécanismes moléculaires de la formation du bois. Cette difficulté peut être contournée par le développement d’approches à l’échelle cellulaire.La thèse présentée ici vise à une caractérisation du développement des fibres, plus particulièrement de leurs parois secondaires, par le déploiement d’outils de caractérisation à l’échelle cellulaire et d’une analyse intégrative à cette échelle. Le développement d’une méthode de caractérisation des parois à l’échelle cellulaire, l’imagerie hyperspectrale en ATR-FTIR, a permis une analyse fine des différences entre types cellulaires au sein d’un arbre et entre types de bois pour un même type cellulaire. L’étude de données transcriptomiques obtenues par RNA-Seq de fibres et rayons micro disséqués a, elle, permis d’identifier des différences transcriptionnelles entre ces deux types cellulaires. La combinaison de ces deux résultats a permis d’identifier des acteurs semblant majeurs dans le développement des fibres de bois. Ce travail de thèse ouvre donc des perspectives de recherche permettant de mieux comprendre les mécanismes moléculaires associés à la formation des fibres de bois.

Trees are able to grow high et survive many years thanks to their wood properties. Wood delivers three major functions in trees : (i) water conduction, (ii) mechanical support et (iii) nutrient storage. In Angiosperm trees, vessels, fibers et parenchyma rays are respectively assigned to these functions, each of them following their own development scheme. Cell wall composition et structure varies greatly depending on cell type, developmental stage et environmental conditions. This complexity therefore represents a hindrance to study the molecular mechanisms of wood formation. However, this can be circumvented by the development of cell-specific approaches.This work aims at characterizing fiber development, focusing on their secondary cell wall, developing cell-specific methods et integrative analysis at the cell level. Development of ATR-FTIR hyperspectral imaging enabled to finely characterize differences in cell wall composition between cell types in a tree et within cell types in different types of wood. Transcriptomics data obtained by RNA-Seq of microdissected fibers et rays gave rise to major differences in the transcriptome of these two cell types. Combining both kind of result led to the identification of key players in fibers development. Hence, this work opens up new research hypothesis, which could lead to a better understanding of the molecular mechanisms underlying wood fiber development, including from a dynamic perspective.