Identification and characterization of poplar glycosyltransferases family 72 (Populus tremula x Populus alba)

Les monolignols sont les unités de base constituant la lignine. Ils dérivent de la voie du shikimate aboutissant à la biosynthèse des trois (3) acides aminés aromatiques parmi lesquels la phénylalanine qui constitue le premier précurseur dans la voie de biosynthèse des monolignols. Après leur synthèse, les monolignols forment les briques pour la polymérisation de la lignine. Ils peuvent aussi être transportés, stockés, glycosylés et/ou déglycosylés. La glycosylation des monolignols est impliquée dans leur homéostasie au niveau cellulaire en régulant leur réactivité et leur localisation. La réaction de glycosylation est catalysée par des enzymes UDP-glycosyltransférases (UGT). Chez Arabidopsis thaliana les sous-familles des UGT72E et UGT72B sont impliquées dans la glycosylation des monolignols. Arabidopsis étant une plante annuelle peu lignifiée nous nous sommes intéressés à la glycosylation des monolignols chez le peuplier, une plante pérenne ligneuse.Pour caractériser les gènes UGT72s du peuplier, nous avons mené une étude de génomique fonctionnelle. Sur base de la séquence génomique du peuplier, 8 gènes UGT72s ont été identifiés et clonés. Ensuite des constructions génétiques ont été transférées chez le peuplier, ce qui a permis de générer des lignées stables surexprimant les différents UGT72s et des lignées stables exprimant des fusions entre les promoteurs des gènes UGT72s et le gène rapporteur GUS. De même des constructions permettant de fusionner les séquences codant pour les différentes UGT72s et celle codant pour la protéine rapportrice GFP ont été réalisées pour la localisation subcellulaire. Des anticorps spécifiques à certaines UGT72s ont été développés. Des analyses biochimiques d’activités enzymatiques suivies d’analyses par HPLC ont été réalisées. Chez le peuplier les UGT72s sont classées phylogénétiquement en quatre groupes. UGT72AZ1 et UGT72AZ2 (groupe 1) homologues à UGT72E1-3 d’Arabidopsis ainsi que UGT72B37 et UGT72B39 (groupe 4) homologues à UGT72B1-3 d’Arabidopsis glycosylent les monolignols et/ou leurs précurseurs. Les analyses d’expression indiquent que les UGT72s du peuplier sont exprimés dans les tissus vasculaires. Au niveau subcellulaire les UGT72s du groupe 1 et groupe 4 sont localisés dans le noyau et le réticulum endoplasmique alors que UGT72A2 (groupe 2) est trouvée associée aux corps chloroplastiques et probablement dans les chloroplastes. Ces résultats montrent une conservation partielle de la reconnaissance du substrat entre les UGT72s homologues d’Arabidopsis et ceux du peuplier ainsi qu’une divergence probable en termes de fonction dans les différents groupes phylogénétiques.Monolignols are the basic units that make up lignin. They derive from the shikimate pathway leading to the biosynthesis of three (3) aromatic amino acids, including phenylalanine, which is the first precursor in the monolignol biosynthesis pathway. After their synthesis, the monolignols form the bricks for the polymerization of lignin. They can also be transported, stored, glycosylated and / or deglycosylated. The glycosylation of monolignols is involved in their homeostasis at the cellular level by regulating their reactivity and their localization.Glycosylation reaction is catalyzed by UDP-glycosyltransferase (UGT) enzymes. In Arabidopsis thaliana, the subfamilies of UGT72E and UGT72B are involved in the glycosylation of monolignols. Arabidopsis being a poorly lignified annual plant, we are interested in the glycosylation of monolignols in poplar, a woody perennial plant.To characterize the UGT72s genes of poplar, we conducted a functional genomics study. On the basis of the genomic sequence of the poplar, 8 UGT72s genes were identified and cloned. Then, genetic constructs were transferred to poplar, which made it possible to generate stable lines overexpressing the various UGT72s and stable lines expressing fusions between the promoters of the UGT72s genes and the GUS reporter gene. Likewise, constructs making it possible to fuse the sequences encoding the different UGT72s and that encoding the GFP reporter protein were carried out for subcellular localization. Antibodies specific to certain UGT72s have been developed. Biochemical analyzes of enzymatic activities followed by analyzes by HPLC were carried out.In poplar, UGT72s are phylogenetically classified into four groups. UGT72AZ1 and UGT72AZ2 (group 1) homologs to UGT72E1-3 from Arabidopsis as well as UGT72B37 and UGT72B39 (group 4) homologs to UGT72B1-3 from Arabidopsis glycosylate monolignols and / or their precursors. Expression analyzes indicate that poplar UGT72s are expressed in vascular tissues. At the subcellular level the group 1 and group 4 UGT72s are localized in the nucleus and endoplasmic reticulum while UGT72A2 (group 2) is found associated with chloroplast bodies and probably in chloroplasts. These results show a partial conservation of substrate recognition between UGT72s homologous to Arabidopsis and those of poplar as well as a probable divergence in terms of function in the different phylogenetic groups.Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique