Lignin biosynthesis in wheat (Triticum aestivum L.): its response to waterlogging and association with hormonal levels.

Nguyen, T., Son, S.H., Jordan, M.C., Levin, D.B., et Ayele, B.T. (2016). « Lignin biosynthesis in wheat (Triticum aestivum L.): its response to waterlogging and association with hormonal levels. », BMC Plant Biology, 16(28), p. 1-16. doi : 10.1186/S12870-016-0717-4  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

Contexte : La lignine est une importante composante structurale de la paroi cellulaire des plantes qui confère une résistance mécanique et une tolérance aux stress biotiques et abiotiques, mais elle nuit à l’utilisation de biomasse (p. ex. la paille de blé) pour certaines applications industrielles comme la production de biocarburants. La modification génétique de la quantité de lignine et de sa qualité est considérée comme une solution viable à ce problème. Or, les mécanismes moléculaires de la formation de la lignine dans le blé n’ont pas été étudiés. Dans notre étude combinant des méthodes moléculaires et biochimiques, nous avons examiné la régulation transcriptionnelle de la synthèse de la lignine chez deux cultivars de blé différant par leur résistance à la verse et en réponse à la saturation du sol en eau. Nous avons également étudié l’association entre la teneur en lignine des tissus et les teneurs en hormones participant à la régulation de la synthèse de la lignine. Résultats : L’analyse de la synthèse de la lignine chez les deux cultivars de blé a montré que la résistance à la verse était étroitement associée à la teneur en lignine des entrenœuds et à l’expression des gènes codant les enzymes suivantes : 4-coumarate:CoA ligase1 (4CL1), p‐coumarate 3‐hydroxylase1 (C3H1), cinnamoyle-CoA réductase2 (CCR2), férulate 5-hydroxylase2 (F5H2) et acide caféique O‐méthyltransférase2 (COMT2). Ces gènes comptent parmi ceux qui sont fortement exprimés dans les tissus du blé, ce qui indique leur importance dans la régulation du dépôt de lignine dans les tiges de blé. La saturation en eau a réduit la teneur en lignine des entrenœuds, effet qui s’accompagnait de la répression de la transcription de trois des gènes fortement exprimés dans les entrenœuds du blé, soit les gènes codant la phénylalanine ammoniac-lyase6 (PAL6), la CCR2 et la F5H2, et d’une réduction de l’activité de la PAL. La saturation en eau a cependant induit l’expression des autres gènes, ce qui laisse croire qu’ils jouent un rôle dans la synthèse d’autres molécules qui sont dérivées de phénylpropanoïdes et qui participent aux réponses au stress. De plus, la différence dans la teneur en lignine des entrenœuds entre les cultivars ou la modification de cette teneur attribuable à la saturation en eau est associée à la concentration de cytokinine. Conclusion : La résistance à la verse, la tolérance aux stress biotiques et abiotiques et la qualité de la biomasse de blé sont étroitement associées à sa teneur en lignine. Les résultats de l’étude permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires de la formation de la lignine dans le blé et constituent une importante étape vers la mise au point d’outils moléculaires qui faciliteraient la sélection de cultivars de blé à teneur optimisée en lignine et à biomasse de meilleure qualité sans nuire à d’autres avantages agronomiques liés à la lignine.

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