Academic literature on the topic 'Paroi cellulaire végétale – Génétique moléculaire'

La paroi végétale est composée de polymères complexes de nature protéique, phénolique et polysaccharidique. Ces derniers se répartissent en trois catégories, les celluloses, les hémicelluloses et les pectines. Les homogalacturonanes (HG), composant majeurs des pectines, peuvent être déméthylestérifiés par des enzymes pariétales, les pectine méthylestérases (PMEs, E. C. 3. 1. 1. 11), qui constituent, chez Arabidopsis thaliana une famille multigénique de 66 membres. Au cours de cette étude, nous avons analysé de manière quantitative et qualitative les modifications des composés polysaccharidiques pariétaux au cours du développement de la silique chez Arabidopsis. La maturation de la silique se caractérise notamment par une diminution du degré de méthylestérification des HG et une augmentation de l’activité PME, ce qui nous a conduit à quantifier par RT-qPCR l’expression des 66 gènes codant ces enzymes putatives lors de ce processus de développement. Ceci a permis de mettre en évidence cinq groupes d'expression, et d'isoler plusieurs gènes présentant un profil intéressant sur lesquels la localisation tissulaire de l’expression a été réalisée grâce à des constructions entre leur promoteur et le gène codant la β-glucuronidase. Parmi ceux–ci, le gène At5g47500 est exprimé dans le méristème apical caulinaire et coexprimé dans de nombreux tissus avec le gène At5g20740 codant un inhibiteur de PME putatif. Une approche du rôle de AT5G47500 dans le fonctionnement du méristème a été menée, permettant de montrer que cette protéine joue effectivement un rôle dans le contrôle du degré de méthylestérification des pectines de celui-ci. La modification de la structure pariétale pourrait participer à l'émergence des primordia<br>Plant cell wall is a complex network which consists of phenolic, proteic and polysaccharadic compounds. The latter comprises notably cellulose, hemicelluloses and pectins. Homogalacturonans, which are one of the main pectic compounds, can be demethylesterified by cell wall bases enzymes, pectin methylesterases (PMEs, EC 3. 1. 1. 11), a multigenic family of 66 members in Arabidopsis thaliana. In this study, we have quantitatively and qualitatively analysed the cell wall polysaccharides composition during silique development in Arabidopsis. The decrease in the degree of methylesterification of homogalacturonan and the increase of total PME activity during silique maturation has lead us to investigate the variation in the expression of the 66 PMEs genes, using RT-qPCR, during this developmental process. Our results showed that PME gene expression can be clustered into five groups, and allowed some gene of interest to be chosen for further analysis. For several candidates, the precise tissue localization was realised using promoter::GUS fusions. This showed that one PME gene, At5g47500, is expressed in the shoot apical meristem and is coexpressed in many tissues with the At5g20740 gene, which encodes a putative PME inhibitor. A functional genomic approach showed that the function of AT5G47500 might be related to the fine tuning of the degree of methylesterification in meristematic tissues, which could play a role in the changes in cell wall structure leading to primordia emergence

La paroi primaire des cellules végétales est composée majoritairement de polysaccharides, notamment de microfibrilles de cellulose et d'hémicelluloses maintenues dans une matrice de pectines (Cosgrove, 2001). Parmi ces dernières, les homogalacturonanes (HG) qui sont les plus abondants peuvent être modifiés par des enzymes pariétales à l'origine de changements de structure de la paroi (Yadav et al. , 2009). Les gènes codant certaines de ces enzymes sont exprimés dans la graine d'Arabidopsis thaliana, suggérant un rôle de celles-ci dans le développement de la graine. L'étude de mutants d'insertion obtenus pour certains de ces gènes a mis en évidence un rôle de la pectine méthylestérase 58 (PME58) dans la structuration du mucilage. Le mucilage est une matrice riche en pectines produite par les cellules épidermiques du tégument de la graine et libérée lors de leur imbibition. Notre étude a montré que la PME58 est impliquée dans la déméthylestérification des HG présents dans le mucilage, dont la majorité provient probablement de la fragmentation des parois primaires des cellules épidermiques lors de l'extrusion du mucilage. L'étude des mutants pme58 par des approches analytiques et par immunodétection a montré que la PME58 est impliquée dans la régulation de la structuration et de la cohésion du mucilage, via la modulation des interactions entre les composants pectiques et cellulosiques

Afin d'identifier des marqueurs moléculaires de la réponse au stress et des gènes impliqués dans la synthèse de la paroi cellulaire chez l'algue brune Laminaria digitata, 1985 EST issus de protoplastes (cellules isolées et stressées) ont été générées. Un quart de ces EST mannuronane-C5-épimérases (ManC5), seraient impliquées dans la synthèse de la paroi. La production de protoplastes entraînant la libération d'oligoguluronates et mimant ainsi l'attaque par un pathogène, la technique d'hybridation soustractive sur des sporophytes élicités a permis d'identifier des gènes plus spécifiques au stress (heat shock proteins, glutathion S-transférases) ou à la défense (thiorédoxine péroxydases, 6-phosphogluconate déshydrogénase, glucose 6-phosphate déshydrogénase). De plus, nous avons mesuré des variations d'expression pour quatre ManC5 par PCR quantitative chez les protoplastes et des sporophytes élicités.

La formation du xylème est un exemple de différentiation terminale unique chez les végétaux supérieurs qui met en jeu des processus fondamentaux tels que la division cellulaire, l'élongation, la formation d'une paroi secondaire lignifiée et la mort cellulaire programmée. Les propriétés physicochimiques des parois secondaires lignifiées du xylème conditionnent par ailleurs les propriétés du bois chez les arbres forestiers. Malgré l'importance que revêt la xylogenèse tant au plan fondamental qu'au plan appliqué, nos connaissances des mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce processus sont encore très fragmentaires. Ces travaux de thèse se situent dans ce contexte et visaient à identifier chez l'Eucalyptus, première espèce de reboisement industriel dans le monde, des gènes potentiellement impliqués dans le contrôle génétique de la qualité du bois. Dans un premier temps, nous avons développé une approche de génomique fonctionnelle afin de sélectionner les gènes préférentiellement ou spécifiquement exprimés dans le xylème en différentiation. Dans ce but, nous avons combiné la construction d'une banque soustractive normalisée (SSH) de xylème et l'utilisation de macroarrays ce qui nous a conduits à identifier 224 EST indépendantes (ou unigènes), dont 81% présentaient une expression spécifique ou préférentielle dans le xylème. Parmi les gènes dont la fonction a pu être identifiée par recherche d'homologie dans les banques de biomolécules, près d'un tiers est associé à des mécanismes de signalisation et de biogenèse de la paroi. Ceci souligne l'importance dans la xylogenèse de l'intégration de signaux de mettre en évidence des gènes non encore identifiés. Exogènes et endogènes et de l'activation subséquente des gènes intervenant dans la biosynthèse et le remaniement de la paroi. Une forte proportion d'unigènes (44%) ne présentent pas d'homologie dans les bases de données, suggérant que l'approche développée a permis. . .

Les pucerons sont des insectes phloémophages qui insèrent leur pièce buccale (stylets) au sein des parois afin d'atteindre les tubes criblés et de se nourrir de sève élaborée. Durant la progression des stylets dans l'apoplasme, un sondage est effectué par de brèves piqûres dans la plupart des cellules rencontrées. Les réponses de la plante aux dommages engendrés par une infestation aphidienne apparaissent qualitativement et quantitativement différentes des réponses à d'autres stress biotiques. Le puceron accepte plus ou moins la plante selon le niveau de résistance mis en place et selon sa capacité à se nourrir sur une gamme de plante-hôtes plus ou moins large. L'étude de leur comportement trophique via la technique de l'électropénétrographie montre qu'un puceron polyphage (Myzus persicae) semble plus adapté à Arabidopsis thaliana (famille des Brassicaceae) qu'un oligophage spécialiste de cette famille (Brevicoryne brassicae), ce dernier étant capable de discriminer des variations entre écotypes naturels. Ces variations concernent notamment la teneur en métabolites secondaires pouvant être répulsifs voire toxiques, mais aussi la structure de la paroi végétale. Parmi les gènes associés à ces modifications structurales et aux réponses de défense de la plante à un stress aphidien, quelques pectines méthylestérases (PME, E. C. 3. 1. 1. 11) sont induites durant les interactions plante-puceron. Les PME appartiennent à une famille multigénique (66 isoformes chez Arabidopsis thaliana) et contrôlent le degré de méthylestérification (DM) du principal domaine pectique : l'homogalacturonane (HG), un homopolymère constitués d'un enchaînement linéaire d'acides galacturoniques liés en α-(1-4). Le contrôle du DM des HG détermine les propriétés rhéologiques de la paroi (élasticité) et régule l'accessibilité d'enzymes dégradant les HG (polygalacturonases PG, pectate lyases) pouvant changer la porosité pariétale et produire des oligogalacturonides, éliciteurs endogènes de défense. L'activité des PME est donc susceptible d'influencer à la fois les réponses de défense de la plante et le comportement trophique du puceron. En utilisant une approche multidisciplinaire, nous avons démontré qu'une infestation par le puceron du pêcher (M. Persicae) modifie différemment selon l'écotype sauvage d'A. Thaliana (WS ou Col) la structure et la composition en sucres de la paroi, l'activité d'enzymes modifiant les HG (PME, PG) mais aussi l'expression de certains gènes de défense. Le rôle de deux pectines méthylestérases (PME17 et PME3) et d'un inhibiteur de PME (PMEI4) dans l'interaction A. Thaliana / M. Persicae a été mis en évidence en utilisant cette diversité d'approches. Des lignées mutantes ou surexpresseur présentent des effets totalement opposés sur le comportement trophique du puceron (électropénétrographie pendant 8 h) mais n'affectent pas sa physiologie (paramètres démographiques pendant 3 semaines). Ces effets sont corrélés à d'importantes variations en terme de structure pariétale et d'expression de gènes de défense, démontrant un effet pléïotropique propre à chacune des PME, mais aussi du PMEI4. Ces travaux soulignent les rôles potentiels de la paroi végétale et des PMEs dans la résistance contre les pucerons et apportent un nouvel éclairage sur la compréhension des mécanismes de défense de la plante<br>Aphids are phloem-feeding insects that generally insert their mouthpart (stylets) through the plant cell wall layers to reach the sieve elements and uptake phloem sap. During stylets progression in the apoplasm, most cells are briefly punctured intracellularly for probing. Plant defense responses to an aphid infestation appear to be quantitatively and qualitatively different from responses to other biotic stresses. Plant acceptance by an aphid depends on the level of plant resistance established and on its ability to feed on a more or less restricted range of plants. The study of their feeding behavior, monitored using the electropenetrography technique, showed that a polyphagous aphid (Myzus persicae) might be more adapted to Arabidopsis thaliana (Brassicaceae family) than an oligophagous aphid specialist of this family (Brevicoryne brassicae), this latter being able to discriminate variations between natural ecotypes. These variations concern in particular the content of secondary metabolites that could be toxic or repellent, but also the structure of the plant cell wall. Among the genes associated with cell wall modifications, some encoding pectin methylesterases (PMEs, EC 3. 1. 1. 11) are induced during plant-aphid interactions. PMEs belong to a large multigenic family (66 isoforms in A. Thaliana) and control the degree of methylesterification (DM) of the main pectic domain: the homogalacturonan (HG), an unbranched polymer of α-(1-4) linked D-galacturonic acid residues. The control of the DM of HGs determines the rheological properties of the cell wall (elasticity) and controls the accessibility of HG-degrading enzymes (polygalacturonases PGs and pectate lyases) able to change cell wall porosity and produce oligogalacturonides, endogenous defense inducers. PME activity is therefore likely to influence both the plant defense responses and the aphid probing behavior. Using a multidisciplinary approach, we demonstrated that an aphid infestation (M. Persicae) differently modifies cell wall structure and sugars composition of A. Thaliana Col and WS ecotypes, activities of HG-modifying enzymes (PMEs and PGs), as well as the expression of some defense genes. The role of two pectin methylesterases (PME17 and PME3) and an inhibitor of PME (PMEI4) in A. Thaliana - Myzus persicae interactions has been demonstrated using this wide range of approaches. Mutant and overexpression lines inversely affect the aphid trophic behavior (electropenetrography during 8 h) but don't affect its physiology (demographic parameters during 21 days). These effects are correlated with significant changes in term of cell wall structure and defense gene expression, underlining a pleiotropic effect specific to each PME and also of PMEI4. This work highlights the potential roles of plant cell wall and PMEs in the plant resistance against aphids and sheds new light on understanding the mechanisms of plant defense

Le bois est devenu le matériau de choix pour de nombreuses industries. La mobilité moléculaire du bois ainsi que celle de ses trois principaux polymères constitutifs, la cellulose, l'hémicellulose et la lignine, ont été étudiées. La stabilité thermique et la structure physique des matériaux ont été respectivement déterminées par Analyse Thermo Gravimétrique (ATG) et Analyse Calorimétrique Diatherme (ACD). Parallèlement, les cinétiques de relaxation macromoléculaire ont été mesurées par Spectroscopie Diélectrique Dynamique (SDD) et Courant Thermo Stimulé (CTS). La combinaison de ces deux dernières techniques a permis d'étudier la mobilité moléculaire locale et délocalisée sur une large gamme de fréquence. L'influence des liaisons hydrogène et du taux d'hydratation sur la mobilité moléculaire a été mise en évidence. L'analyse effectuée sur le bois génétiquement modifié apporte des informations sur l'évolution des interactions inter chaînes<br>The wood has become a popular material for several industries. The wood molecular mobility and the one of three principal constitutive polymers, cellulose, hemicellulose and lignin were studied. Thermal stability and physical structure of materials were respectively obtained by Thermo Gravimetric Analysis (TGA) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). In parallel, macromolecular relaxation dynamics were measured by Dynamic Dielectric Spectroscopy (DDS) and Thermo Stimulated Currents (TSC). The combination of two last methods let us study the localised and delocalised molecular mobility on the extended frequency scale. The influence of the hydrogen bonds and the hydration rate on the molecular mobility was also pointed out. The analysis realised on genetically modified wood brought us the information on the inter chain interactions evolution

Chez les plantes, la paroi primaire est composée d'un réseau de cellulose et d'hémicellulose dans une matrice pectique et protéique. Les homogalacturonanes (HG), composants majeurs des pectines, peuvent être déméthylestérifiés par des enzymes pariétales, les pectines méthylestérases (PME, EC 3. 1. 1. 11), qui constituent chez Arabidopsis une famille multigénique de 66 membres. Elles jouent un rôle très important dans le remodelage de la paroi. Le but de l'étude était de caractériser la fonction de deux gènes PME, PME36 et PME3 qui ont des expressions bien distinctes ; PME36 est exprimé pendant la maturation de la silique, la graine mature et les premiers stades de germination tandis que le gène PME3 est exprimé de manière ubiquitaire dans les tissus vasculaires. Nous avons montré qu'une diminution de l'activité PME totale chez le mutant pme3 entraîne une augmentation du DM et du nombre de RA sur l'hypocotyle [1]. D'autre part, dans le mutant pme36, l'activité PME totale augmente jusqu'à 48H de germination à l'obscurité entraînant une baisse du DM des pectines et du nombre de RA dans ce mutant. Ceci confirme une corrélation positive entre DM et rhizogenèse adventive. Ces résultats mettent en lumière également l'existence d'un mécanisme de surcompensation en l'absence de la protéine PME36 dans les hypocotyles de pme36. Nous avons mis en évidence que ce système de surcompensation implique une régulation transcriptionnelle des gènes PME surexprimés dans l'hypocotyle de pme36. De plus, en regardant les niveaux d'hormones et l'expression des gènes impliqués dans les voies de signalisation hormonale contrôlant la rhizogenèse adventive, nous avons montré une forte altération dans l'homéostasie des hormones dans les hypocotyles de pme36. L'ensemble des résultats indique que la rhizogenèse adventive et l'élongation de l'hypocotyle sont contrôlés par un réseau de régulation impliquant la signalisation hormonale et l'activité PME, modulé par un mécanisme de compensation déclenché par des variations de DM des pectines<br>In plants, the primary cell wall consists of a network of cellulose microfibrils and xyloglucan cross-links embedded in a complex pectic and protein matrix. Homogalacturonans, which are one of the main pectic compounds, can be demethylesterified by cell wall bases enzymes, pectin methylesterases (PME, EC 3. 1. 1. 11), a multigenic family of 66 members in Arabidopsis. Thus, PMEs are likely to play major roles in pectin remodelling in muro. Our work aims at characterizing the function of two genes coding pectin methylesterase that was shown to be expressed during seed maturation and in the early stages of germination for PME36 gene while PME3 gene is expressed ubiquitously in the vascular tissues. We showed that the decreased PME activity in Arabidopsis pme3 mutant led to increase the degree of methylesterification (DM) of pectins as well as the adventitious root formation in hypocotyl [1]. Unexpectedly, 48 hours after germination, PME activity in dark-grown hypocotyls of pme36 was higher than in the wild-type. This led to a decrease in the DM of pectins and in the number of adventitious roots in the mutant. While confirming the positive correlation between DM of pectins and adventitious rooting, these results highlight the existence of a mechanism overcompensating the absence of the PME36 protein in pme36 hypocotyls. We found that this compensatory mechanism involved transcriptional regulation, i. E. Other PME genes being overexpressed in pme36 hypocotyl. In addition, looking at hormone content and assessing the expression of genes involved in the hormone signaling pathways shown to control adventitious rooting, we found a strong alteration in hormone homeostasis in pme36 hypocotyls. Taken together these results suggest that adventitious rooting and hypocotyl elongation are controlled by a regulatory network involving crosstalk between hormone signaling and PME activity, which is modulated through a compensatory mechanism triggered by variations in DM of pectins

Le maïs fourrage est considéré comme la plante de stock incontournable pour l'alimentation des ruminants. Sa valeur alimentaire est essentiellement liée à la digestibilité des constituants de la paroi cellulaire. La teneur et la structure des lignines, ainsi que les relations entre la lignine et les autres constituants pariétaux sont les principales composantes influençant la digestibilité des parois des fourrages. A ce jour, seuls les gènes impliqués dans la voie de biosynthèse des lignines ont été identifiés et étudiés, mais leurs variations ne sont pas suffisantes pour expliquer les différences de digestibilité observées entre lignées. L'objectif de mon travail de thèse est d'identifier et d'étudier de nouveaux gènes candidats impliqués dans les variations de digestibilité des parois du maïs fourrage. La démarche utilisée repose sur une approche transcriptomique. Une puce à ADN, spécifique de la paroi du maïs, a été conçue à partir de séquences Zinnia, issues d'une banque SSH "paroi", et de recherche bioinformatique de gènes impliqués dans l'élaboration de la paroi. Une base de données "Maize Cell Wall Database" a été créée afin de regrouper les séquences et les analyses bio-informatiques effectuées. 683 Gene Specific Tags correspondant aux 3'UTR des gènes impliqués dans l'élaboration de la paroi ont été amplifiés et déposés sur notre "Maize Cell Wall Macroarray". Cette puce a été hybridée avec des ADNc radiomarqués provenant de différents tissus de maïs récoltés à différents stades de développement afin de mettre en évidence la dynamique d'expression des gènes pariétaux au cours du développement. La puce "paroi" a aussi été hybridée avec des ADNc provenant i) des mutants brown midrib, qui diffèrent par leur contenu en lignine et leur digestibilité, et ii) de lignées de maïs se distinguant par des digestibilités de parois différentes. Les résultats obtenus mettent en évidence l'intégration de la lignification dans un ensemble de régulations bien au delà des simples gènes du "lignin pathway". La puce "paroi" nous a permis de commencer à visualiser des co-régulations transcriptionnelles des gènes de composants pariétaux et de mettre en évidence l'empreinte transcriptionnelle d'une bonne digestibilité. Grâce aux résultats obtenus au cours de ce travail, avec la mise en évidence d'un ensemble original de gènes impliqués dans la biogenèse des parois, il sera possible de comprendre les bases des différences de digestibilité observées entre lignées<br>Forage maize serves as a basis of ruminant nutrition. Forage feeding value is essentially related to digestibility of cell wall components. Lignin content and structure, and relations between lignin and other cell wall components are the main characteristics influencing forage cell wall digestibility. To date, only few genes involved in the lignin biosynthesis pathway have been identified and characterised, but their variations in expression are not sufficient to explain differences in digestibility between lines. The aim of my PhD is to identify and to study new candidate genes implicated in variations of cell wall digestibility of forage maize. The strategy used is based on a transcriptomic approach. A maize cell wall specific cDNA macroarray was constructed with maize homologs to Zinnia sequences, derived from a secondary cell wall SSH library, and a bioinformatic search of genes involved in cell wall formation. A "Maize Cell Wall Database" was constructed in order to centralize sequences and results from in depth bioinformatic analyses. 683 Gene Specific Tags, derived from 3'UTR of each gene involved in cell wall formation, were amplified and spotted on our "Maize Cell Wall Macroarray". This chip was hybridized with radiolabelled cDNA coming from different tissues of maize collected at various stages of development in order to highlight the dynamics of expression of parietal genes during the development. The cell wall macroarray was also hybridized with radiolabelled cDNA coming from i) brown midrib mutants, which differ by their lignin content and digestibility, and ii) maize lines previously characterized by different cell wall digestibilities. Results obtained highlight integration of lignification in a whole pattern of regulation far beyond genes of the "lignin pathway". The cell wall macroarray enabled us to start visualizing transcriptional co-regulations in genes of cell wall components and highlighting a transcriptional print of a good digestibility. Thanks to the results obtained during my PhD, with the description of an original set of genes implied in cell wall biogenesis, it will be possible to uderstand the bases of digestibility differences observed between maize lines