Identification et caractérisation de laccases impliquées dans la polymérisation des monolignols chez la plante modèle Arabidopsis thaliana
par Serge Berthet
Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Sciences de la vie
Sous la direction de Lise Jouanin et de Catherine Lapierre.
Soutenue en 2010
à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .
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Résumé
Alors qu'il est établi que les peroxydases sont impliquées dans la polymérisation des précurseurs de lignine, le rôle des laccases (EC 1. 10. 3. 2) dans la lignification constitutive reste énigmatique. Nous avons étudié des mutants d'insertion de l'ADN-T d'Arabidopsis thaliana. Dans un premier temps, deux gènes (AtLAC4 et AtLAC17) fortement exprimés dans les tiges ont été identifiés. AtLAC17 s'exprime spécifiquement dans les fibres interfasciculaires et AtLAC4 s'exprime dans les vaisseaux et les fibres interfasciculaires. Nous avons produit deux doubles mutants, kim et snips, par croisement des mutants pour les gènes AtLAC17 (lac17) et AtLAC4 (irx12 et lac4g). Les simples et doubles mutants présentent une croissance normale, à l'exception de snips qui est parfois semi-nain et possèdent des vaisseaux collapsés. Si les simples mutants présentent une diminution modérée de leur teneur en lignine, les tiges de kim (irx12 x lac17) et snips (lac4g x lac17) ont un contenu réduit de 20% et 40% respectivement. Cette diminution de teneur en lignine conduit à un meilleur rendement de saccharification. Des thioacidolyses révèlent que l'absence d'activité AtLAC17 se répercute principalement sur le dépôt des unités G dans les fibres interfasciculaires et la complémentation du mutant lac17 avec la séquence de AtLAC17 restaure un profil de lignification normal. Cette étude met en évidence que AtLAC4 et AtLAC17 sont toutes deux impliquées dans la lignification constitutive des tiges d'Arabidopsis et que l'absence de AtLAC17 a un impact sur la polymérisation des unités G spécifiquement au niveau des fibres, suggérant un rôle dans les étapes précoces de la lignification.
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Titre traduit
Identification and characterization of laccases involved in monolignols polymerization of the model plant Arabidopsis thaliana
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Résumé
While it is established that peroxidases are involved in the polymerization of lignin precursors, it is not yet clear whether laccases (EC 1. 10. 3. 2) participate to constitutive lignification. Ln order to address this issue, we studied laccase T-DNA insertion mutants in Arabidopsis thaliana. We first identified two genes, AtLAC4 and AtLAC17, highly expressed in stems. AtLAC17was specifically expressed in the interfascicular fibers while AtLAC4 was expressed in vascular bundles and interfascicular fibers. We produced two double mutants, kim and snips, by crossing the AtLAC17 (lac17) mutant with two AtLAC4 mutants (named irx12 and lac4g). The single and double mutants displayed normal growth, except snips, which sometimes had a semi-dwarf phenotype and collapsed vessels. While the single mutants had moderately reduced lignin levels, the stems of kim (irx12 x lac17) and snips (lac4g x lac17) displayed lignin content reduced by 20% and 40%, respectively. This lower lignin level improved their saccharification yield. Thioacidolysis revealed that disrupting AtLAC17 mainly affected the deposition of G lignin units in the interfascicular fibers and that complementation of lac17 with AtLAC17 restored the normal lignin profile. This study provides evidence that both AtLAC4 and AtLAC17 contribute to the constitutive lignification of Arabidopsis stems and that AtLAC17 is involved in the deposition of G lignin units in fibers, a specificity, which suggests a role at the early lignification stage.
