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Les lignines et leur organisation au sein des parois végétalesApports de la plante modèle Maïs
Valérie Méchin – INRA Grignon
Etude des lignines et de la lignification
CELLULOSE
HEMICELLULOSES
LIGNINES
Acide p-coumarique
O
O
Acide férulique
O
OO
Les constituants d’une paroi végétale
Précurseurs de la lignine
CH
OH
CH
CH2OH
OCH3
CH
OH
CH
CH2OH
OCH3H3CO
CH
OH
CH
CH2OH
Unités en C6C3
p-Hydroxyphenyl Guaiacyl Syringyl
Boerjan et al., 2003
Liaison labile b-O-4(ou 8-O-4)
α
HO
HOO
O
OM eR
OMe
R
β
γ
4
α
HO
HOO
O
OM eR
OMe
R
β
γ
4
α
HO
HOO
O
OM eR
OMe
R
β
γ
4
OMeO
OOMe
OH
OOMe
R
55
OMe O
OMe4 O
R
5'
R
O
O
O
OMe
R
O
eOM
ββ
O
OMe
R O OMe
OH
β5
Liaisons résistantes(condensées)
O
R
O
R OH
β1
OMe
OH
HO
OMe
H + aβ
a
OMeR
OOHO
OH
Ar
O
R
1g bg
OMe
5-5’ et 4-O-5’ = point de branchement
Y
+ L. riches en H et G plus condensées
+ L. riches en S peu condensées
Liaisons interunités
Structure des lignines : vue simplifiée
* Deux paramètres structuraux clés :
* Les unités liées en b-O-4 ( avec teneur en unités S)* Les unités terminales à fonction phénolique libre (unités G et H surtout)
4β
O M e
RH O
H O
O
O
O M eMe O
1 2345
6
+ Point de croissance du polymère
+ Rapport unités T/I : mode d’organisation des lignines dans les parois
+ Facteur solubilisation en milieu alcalin
MO eR
O H
Lignines de graminées
Deux spécificités structurales:
* Esters p-coumariques Pc sur unités S
* Ethers féruliques Fe : pontages unités G/ Xylanes
O XylanesG
Fe
CH2OH
O
OMe
OHO
MeO
CO
Lignines
Ralph et al., 1994, RMN-2DGrabber et al., 1996Thioacidolyse + CPG-SM
O
OMeMeO
OHO
OC
OH
O
S
Lignines
Pc
Jacquet et al., 1995Hydrolyse alcaline + CPG-SM
1] Structure des lignines+ unités+ liaisons interunités+ arrimage pariétal
2] Stratégie d’étude+ RMN+ dégradation analytique : thioacidolyse
3] Ce que nous apprend l’analyse des lignines…+ décryptage de la voie de biosynthèse, + relations structure/propriété+ résultats moins attendus…
Terashima et al.Modèle lignine de conifère, 2001données de RMN (Nagoya) + thio (Grignon)
Etude des lignines
Les lignines et leur organisation au sein des parois végétalesApports de la plante modèle Maïs
Valérie Méchin – INRA Grignon
Les lignines et leur organisation au sein des parois végétalesApports de la plante modèle Maïs
Lignification graminées
* arrimage via Fe* gpes phénoliques libres* acylation par PC
Génétique du maïs
* var. génét. naturelle lignées* mutants naturels * transformants* population LR
Mode association L/sucre
* via Fe connues* autres inconnues malgré
impact fort
Pourquoi le maïs ?
Génétique du maïs
* var. génét. naturelle lignées* mutants naturels * transformants* population LR
Les lignines et leur organisation au sein des parois végétalesApports de la plante modèle Maïs
La génétique du maïs : utilisation de lignées et de leur variabilité génétique
lignée 1
lignée 2
…
…
… lignée 2 mutante
Variabilité génétique naturelle
Utilisation des mutants naturels
Variabilité génétique naturelle
Utilisation des mutants naturels
1er axe fort du projet de recherche : utilisation des mutants naturels de maïs
Mutants Brown Midrib :* bm1 : gène de la CAD* bm3 : gène de la cOMT* bm2 et bm4 : ???
Mutants bm3 les plus étudiés
Lignification des mutants naturels de maïs bm
2000 : 1ére campagne sur 2 familles complètes : F2 et F292
2004 : 2éme campagne sur 2 familles: 3 dates, 2 « organes », 10 ge, 3 rt180 éch. …Analyses lancées sur 30 éch.
Caractérisations « classiques »:- RP- LK- thio- ac. hydrox.- dP
Caractérisation plus « spécifiques »- LK sur résidu saponifié (solubilisation par H alc.douce)- perméthylation (OH libres)- nichel de raney (dimères)
Etude de l’organisation des lignines et associations polysaccharides- lignines in situ- isolement de lignines ou de LCC
CELLULOSE
HEMICELLULOSES
LIGNINES
Acide p-coumarique
O
O
Acide férulique
O
OO
2ème axe fort du projet de recherche : utilisation de la variabilité naturelle – rôle amorces féruliques
Exploitation de la variabilité génétique naturelle des lignées de maïs
Choix des lignées:- gamme large de LK et dP- 3 stades de dévelopement
Les esters féruliques: sîtes d’initiation de la lignification- 12 lignées - 3 dates de prélèvement, 2 organes- étude de la mise en place de ces liaisons- étude mécanique- FTIR
O X y la n e sG
F e
C H 2 O H
O
O M e
OH O
M e O
CO
L ig n in e s
xlignée 1 lignée 2
F1
F2
Population de lignéesrecombinantes
autofécondation
autofécondations
LR
Population de lignéesrecombinantes
dP=f(LN)
202224262830
3234363840
11 12 13 14 15 16 17 18
3ème axe fort du projet de recherche : utilisation d’individus choisis au sein de populations de LR
s’affranchir de l’effet « teneur en lignine » pour focaliser sur les autres…
F838*F286
r = -0.81
Etude du rôle des autres facteurs biochimiques:- structure des lignines - organisation des lignines dans la paroi
4ème axe fort du projet de recherche : Etude de lignines artificielles modèles synthétisées in vitro
CELLULOSE
HEMICELLULOSES
LIGNINES
Acide p-coumarique
O
O
Acide férulique
O
OO
O
OMeMeO
OHO
OC
OH
O
S
Lignines
Pc
Synthèse des précurseurs:- précurseurs conventionnels- précurseurs p-coumaroylés- autres (5OH-G, Fe estérifié par un sucre…)
Etude des premières étapes de l’oligomérisation:- LC-MS - RMN- modélisation moléculaire
4ème axe fort du projet de recherche : Etude de lignines artificielles modèles synthétisées in vitro
Les lignines et leur organisation au sein des parois végétalesApports de la plante modèle Maïs
∑ L artificielles (S-PC)
* acylation S-PC* oligomerisation
(LC-MS): impact ∑et organisation* arrangement
(RMN) + ou – PC
Affranchissement teneur en lignine
Structure, ac. p-hydr., …
Feest initiation de la lignification
* Étude cinétique sur gamme large* Propriétés
mécaniques* FTIR (+banques
spectres)
Etude approfondie lignification bm1-4
* L in situ: chimie et spectrométrie* L isolées (LCC
ou L): moléculaire, Mmoléculaire, sucres
dP=f(LN)
2022242628303234363840
11 12 13 14 15 16 17 18
4 axes de recherchescomplémentaires
Frédéric Légée, Laurent Cézard,Valérie Méchin, Stéphane Lepifre, Stéphanie
Baumberger, Brigitte Pollet, Catherine Lapierre
Yves Barrière
Anouck Habrant, Brigitte Chabbert et Bernard Cathala
Karim Mazeau
Domenica Manicacciet Laurence Moreau
Josiane Beauhaire
Patrick Perré
Grégory Mouille et Lise Jouanin