Characterization of beta-glucosidase and UDP-glycosyltransferase genes potentially involved in secondary cell wall formation in Arabidopsis thaliana

Caractérisation de gènes de ß-glucisidase et d'UDP-glycosyltransférase potentiellement impliqués dans la lignification chez arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Aurélie Chapelle
• Direction : Lise Jouanin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis thaliana

Osides

Lignine

Résumé

Les lignines sont des hétéropolymères complexes formés par la polymérisation de sous-unités dérivées des monolignols. Du fait de leur noyau phénolique, les monolignols sont des composés toxiques pour la cellule et ils ne peuvent donc être stockés par celle-ci sous leur forme libre. Il a été suggéré que leur forme glucosylée pourrait être impliquée dans leur stockage et/ou leur transport. Les gènes UGT72E1, UGT72E2 et UGT72E3 codent pour des UDP-glycosyltransférases acceptant préférentiellement les monolignols comme substrats in vitro. Bien qu’exprimés au niveau de la tige, ces trois gènes ne sont pas impliqués dans la lignification. Cependant, la répression de l’expression de ces gènes mène à une dérégulation du métabolisme des phénylpropanoïdes. De même, le gène UGT72D1, phylogénétiquement proche des gènes UGT72E1, UGT72E2 et UGT72E3 n’est pas impliqué dans la lignification et semble avoir un rôle proche de celui de l’UGT72E3 in planta. Les gènes BGLU45, BGLU46 et BGLU47 codent pour des β-glucosidases proches d’une β-glucosidase de pin spécifique de la coniférine (monolignol glycosylé). BGLU47 n’est pas impliquée dans le métabolisme des phénylpropanoïdes. En revanche la répression de l’expression des gènes BGLU45 et BGLU46 est responsable d’une forte augmentation de la coniférine au niveau des tiges et des racines exposées à la lumière ainsi qu’à une dérégulation de la voie de biosynthèse des phénylpropanoïdes. Bien qu’ayant confirmé la présence de monolignols glycosylés dans les tiges d’Arabidopsis, les travaux réalisés durant cette thèse n’ont pas permis d’établir une relation claire entre ceux-ci et le processus de lignification.

Lignins are complex heteropolymers formed by the polymerization of sub-units derived from three monolignols. Due to the presence of their phenolic rings, monolignols are toxic compounds for cells, and they cannot be stored under their free form in the cytosol. It has been suggested that their glucosylated form could be involved in their storage and/or their transport. The UGT72E1, UGT72E2 and UGT72E3 genes code for UDP-glycosyltransferases specific for monolignols in vitro. Even if these three genes are expressed at the stem level, they are not involved in lignification. However, the repression of expression of these genes is responsible for a deregulation of the global phenylpropanoid pathway. In the same way, the UGT72D1 gene which is close to the UGT72E1, UGT72E2 and UGT72E3 genes is not involved in the lignification process and seems to have a similar role than UGT72E3 in planta. BGLU45, BGLU46 and BGLU47 code for β-glucosidases close to a pinus β-glucosidase specific for coniferin (a monolignol glucoside). BGLU47 is not involved in the phenylpropanoid metabolism. However, the repression of expression of BGLU45 and BGLU46 is responsible for an important increase of coniferin and of a deregulation of the global phenylpropanoid pathway in the stems and in light-grown roots of Arabidopsis. This work has allowed to confirm the presence of monolignol glucosides in Arabidopsis stems in normal growth conditions but hasn’t allowed to confirm that these glucosides are involved in the lignification process.