Caractérisation fonctionnelle de l'alcool cinnamylique déshydrogénase CAD1 chez le tabac

par Isabelle Damiani

Thèse de doctorat en Biosciences végétales

Sous la direction de Alain Michel Boudet et de Soizic Rochange.

Soutenue en 2005

à Toulouse 3 .

mots clés

• Alcool cinnamylique déshydrogénase
• Alcool coniférylique
• Lignine
• Xylème
• Lignine
• Tabac -- Composition chimique
• Alcool déshydrogénase
• Xylème

Résumé

La lignine, un polymère de composés phénoliques, occupe des fonctions essentielles au sein de la plante, notamment pour le maintien d'un port dressé mais aussi au niveau du système vasculaire en imperméabilisant la paroi des vaisseaux, ce qui facilite le transport des solutés. Chez les angiospermes, les lignines sont constituées principalement d'unités guaïacyles (G) et syringyles (S) et de traces d'unités hydroxyphényles (H) qui dérivent respectivement de l'incorporation des alcools coniférylique, sinapylique et p-coumarylique. Ces monolignols proviennent de la réduction des aldéhydes hydroxycinnamyliques correspondants par une activité alcool cinnamylique déshydrogénase (CAD). Au laboratoire, deux formes de CAD ne présentant aucune homologie de séquence entre elles (CAD1 et CAD2) avaient été initialement purifiées à partir de xylème d'Eucalyptus gunnii. La CAD2 réduit efficacement les trois aldéhydes hydroxycinnamyliques, alors que la CAD1 utilise uniquement les aldéhydes coniférylique et p-coumarylique avec une plus faible affinité. De nombreux travaux ont donc été consacrés à la CAD2 et ont démontré sa participation au processus de lignification. En revanche, la fonction de la CAD1 demeurait non élucidée bien que l'hypothèse de son implication dans la synthèse de deux des trois monolignols ou de dérivés d'alcool benzylique puisse être émise. Nous avons donc entrepris l'étude fonctionnelle de cette enzyme chez le tabac (Nicotiana tabacum L. ). A la suite du clonage au laboratoire de deux gènes codant pour la CAD1 chez le tabac, leurs profils d'expression ainsi que les propriétés catalytiques des enzymes recombinantes correspondantes ont été déterminées. Des plantes ayant une expression des gènes NtCAD1 réduite ont ensuite été produites par une stratégie RNAi et caractérisées. Aucun phénotype morphologique n'a pu être observé chez ces plantes CAD1- en comparaison avec les plantes témoins. Néanmoins une analyse biochimique détaillée des plantes CAD1- a permis de révéler le rôle de cette enzyme. Ainsi, la réduction de l'expression des gènes NtCAD1 affecte la composition monomérique des lignines à travers principalement une diminution de la quantité d'unités G en comparaison avec les plantes témoins. Différentes méthodes d'analyse ont par ailleurs été employées pour appréhender le métabolisme des phénylpropanoïdes dans sa globalité : HPLC, LC-MS et GC-MS. Les profils en composés phénoliques solubles issus de xylème de tiges sont modifiés suite à la réduction de l'activité CAD1. La quantité de cinq oligolignols (oligomères de monolignols) identifiés par LC-MS, tous contenant au minimum une sous-unité G, est diminuée d'un facteur 1,6 à 4,2 dans les plantes CAD1-. Une accumulation d'acide néochlorogénique a aussi été détectée par GC-MS en quantité 2 fois supérieure dans les plantes CAD1- en comparaison avec les plantes témoins. . .

Titre traduit

Functional characterization of cinnamyl alcohol deshydrogenase CAD1 in tabaco

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