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Caractérisation des gènes codant pour les UDP glycosyltransférases UGT72BB1 et UGT72B37 chez le peuplier (Populus tremula x Populus alba)

par Amadou Hassane, Hadjara
Président du jury Hermans, Christian
Promoteur Baucher, Marie ;Barage, Moussa
Publication Non publié, 2024-05-23

Thèse de doctorat

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Résumé :

Les uridines diphosphates glycosyltransférases (UGTs) constituent la plus importante famille de la classe des glycosyltransférases (GTs), un groupe d'enzymes ubiquitaires, largement représenté et fonctionnellement diversifié, impliqué dans la biosynthèse des glycanes et des glycosides. Ces enzymes catalysent la réaction de glycosylation qui consiste en un transfert d’un sucre d’une molécule donneuse activée vers une molécule acceptrice représentée par une large gamme de composés organiques. Chez les végétaux, les UGTs sont reconnues pour leurs multiples fonctionnalités allant de leurs rôles dans la régulation de la croissance et le développement à l'adaptation aux conditions environnementales. À ce jour, il a été démontré que les membres de la sous famille UGT72 utilisent principalement comme substrats les dérivés phénylpropanoïdes tels que les flavonoïdes, les monolignols et leurs précurseurs/dérivés.Les monolignols sont les unités monomériques de la lignine, un des principaux constituant des parois des cellules du bois. Ces monomères peuvent être glycosylés et stockés dans la vacuole puis redéployer au besoin, après déglycosylation par des β-glycosidases. La glycosylation des monolignols permet ainsi de réguler leur homéostasie, et il a également été suggéré que les glycosides de monolignols seraient des formes de transport du cytoplasme vers la paroi au cours de la lignification et pourraient dès lors être impliqués dans sa régulation. Les études menées chez l’espèce annuelle A. thaliana, notamment la caractérisation des mutants ugt72b1 et ugt72e3 dont les protéines correspondantes glycosylent des monolignols in vitro, conforte l’hypothèse de l’implication de la glycosylation dans la régulation du flux de monolignols et donc de la lignification.L’objectif de cette étude est de contribuer à la caractérisation de la sous famille des UGT72s chez le peuplier (Populus tremula x P. alba), une espèce pérenne, en déterminant leur implication probable dans la régulation de la lignification. Deux UGT72s de peuplier, UGT72B37 homologue de UGT72B1 d’Arabidopsis, et UGT72BB1 qui n’a pas d’homologue chez Arabidopsis, ont été caractérisés en adoptant une approche de génomique fonctionnelle. Il ressort de cette étude que UGT72BB1 s’exprime principalement dans les racines et que UGT72BB1 ne glycosyle pas de substrats monolignols in vitro. Ce gène n’est donc probablement pas impliqué dans la régulation du processus de lignification. Par contre, UGT72B37 s’exprime préférentiellement dans le bois et UGT72B37 glycosyle les monolignols et précurseurs in vitro. La caractérisation de mutants ugt72b37 de peuplier nous a permis de déceler une augmentation de la teneur en lignine de 10% dans ces lignées comparées au type sauvage, sans toutefois altérer le phénotype global de la plante. Ces résultats suggèrent que UGT72B37, en glycosylant les monolignols, régule le flux de ceux-ci vers la paroi et par conséquent le processus de lignification.

Uridine diphosphate glycosyltransferases (UGTs) are the largest family of glycosyltransferases (GTs), a widely represented and functionally diverse group of ubiquitous enzymes involved in the biosynthesis of glycans and glycosides. These enzymes catalyse the glycosylation reaction, which involves the transfer of a sugar from an activated donor molecule to an acceptor molecule represented by a wide range of organic compounds. In plants, UGTs are recognised for their multiple functions, from regulating growth and development to adapting to environmental conditions. To date, it has been shown that members of the UGT72 sub-family mainly use phenylpropanoid derivatives such as flavonoids, monolignols and their precursors/derivatives as substrates.Monolignols are the monomeric units of lignin, one of the main constituents of wood cell walls. These monomers can be glycosylated and stored in the vacuole, then redeployed as required after deglycosylation by β-glycosidases. Glycosylation of monolignols thus regulates their homeostasis, and it has also been suggested that monolignol glycosides are forms of transport from the cytoplasm to the wall during lignification and could therefore be involved in its regulation. Studies carried out in the annual species A. thaliana, in particular the characterisation of ugt72b1 and ugt72e3 mutants whose corresponding proteins glycosylate monolignols in vitro, support the hypothesis that glycosylation is involved in regulating the flow of monolignols and therefore lignification.The aim of this study is to contribute to the characterisation of the UGT72 subfamily in poplar (Populus tremula x P. alba), a perennial species, by determining their probable involvement in the regulation of lignification. Two poplar UGT72s, UGT72B37 which is homologous to the Arabidopsis UGT72B1, and UGT72BB1, which has no homolog in Arabidopsis, were characterised using a functional genomics approach. This study showed that UGT72BB1 is expressed mainly in roots and that UGT72BB1 does not glycosylate monolignol substrates in vitro. This gene is therefore probably not involved in regulating the lignification process. In contrast, UGT72B37 is expressed preferentially in wood and UGT72B37 glycosylates monolignols and their precursors in vitro. Characterisation of poplar ugt72b37 mutants enabled us to detect a 10% increase in lignin content in these lines compared with the wild type, without however altering the overall phenotype of the plant. These results suggest that UGT72B37, by glycosylating monolignols, regulates the flow of monolignols towards the wall and consequently the lignification process.