The chromatin-modifying protein HUB2 is involved in the regulation of lignin composition in xylem vessels

PIRIN2 (PRN2) was earlier reported to suppress syringyl (S)-type lignin accumulation of xylem vessels of Arabidopsis thaliana. In the present study, we report yeast two-hybrid results supporting the interaction of PRN2 with HISTONE MONOUBIQUITINATION2 (HUB2) in Arabidopsis. HUB2 has been previously implicated in several plant developmental processes, but not in lignification. Interaction between PRN2 and HUB2 was verified by β-galactosidase enzymatic and co-immunoprecipitation assays. HUB2 promoted the deposition of S-type lignin in the secondary cell walls of both stem and hypocotyl tissues, as analysed by pyrolysis-GC/MS. Chemical fingerprinting of individual xylem vessel cell walls by Raman and Fourier transform infrared microspectroscopy supported the function of HUB2 in lignin deposition. These results, together with a genetic analysis of the hub2 prn2 double mutant, support the antagonistic function of PRN2 and HUB2 in deposition of S-type lignin. Transcriptome analyses indicated the opposite regulation of the S-type lignin biosynthetic gene FERULATE-5-HYDROXYLASE1 by PRN2 and HUB2 as the underlying mechanism. PRN2 and HUB2 promoter activities co-localized in cells neighbouring the xylem vessel elements, suggesting that the S-type lignin-promoting function of HUB2 is antagonized by PRN2 for the benefit of the guaiacyl (G)-type lignin enrichment of the neighbouring xylem vessel elements

Towards a molecular understanding of cell wall biosynthesis in flax

Certaines plantes comme le jute, la ramie et le lin contiennent de longues cellules fibres caractérisées par la présence d’une épaisse paroi secondaire riche en cellulose et pauvre en lignine. Peu de choses sont connues concernant la biosynthèse de leur paroi, particulièrement en ce qui concerne les mécanismes qui contrôlent la lignification. Pour améliorer nos connaissances sur ces mécanismes chez le lin, deux approches de génomique fonctionnelle ont été développées. La première approche repose sur la technique de VIGS (Virus-Induced Gene Silencing). Le protocole d’infection a été optimisé en utilisant le gène contrôle PDS (Phytoene desaturase). Cette approche a ensuite été appliquée pour caractériser fonctionnellement les gènes de cellulose synthases A. La seconde approche concerne la création d’une population de mutants EMS et le développement d’une stratégie de TILLinG (Targeted Induced Local Lesions in Genomes). Le criblage Li-Cor de deux gènes (C3H et CAD) impliqués dans la biosynthèse des monolignols a permis d’identifier respectivement 79 et 76 familles de mutants pour chaque gène. Les calculs indiquent que la population présente un taux de mutation 1/41 Kb. Un criblage cytologique de la population de mutants a ensuite permis d’identifier une sous-population (lbf) présentant des fibres lignifiées. Une caractérisation approfondie des mutants lbf1 indique que le contenu en lignine des fibres est augmenté de 350% et associé à d’importantes modifications dans le pool d’oligolignols. Les analyses transcriptomiques suggèrent que l’augmentation de la lignification est associée à une régulation positive de l’expression de peroxydases impliquées dans la lignification.Certain plants such as jute, ramie and flax contain elongated fiber cells (bast fibers) characterized by the presence of a thick cellulose-rich secondary cell wall containing low amounts of lignin. Little is known about cell wall biosynthesis in bast fibers and especially about the mechanisms controlling lignification. To improve our understanding of cell wall formation in the fiber model plant flax, we developed two functional genomics approaches. The first approach is based on the VIGS (Virus-induced gene silencing) procedure. We firstly optimized the infection protocol for flax using the PDS (Phytoene desaturase) control gene. We then used our protocol to functionally characterize cellulose synthase A genes. The second approach concerned the characterization of a flax EMS mutant population and the development of a TILLinG (Targeted Induced Local Lesions in Genomes) strategy. Li-Cor based screening of two genes (C3H and CAD) involved in monolignol biosynthesis allowed us to identify respectively, 79 and 76 mutant families for each gene. Calculation indicated that our population has a mutation rate of 1/41 Kb. Subsequently we used a high throughput cytological screening of our mutant to identify a sub-population showing lignified bast fibers (lbf population). In-depth characterization of the flax lbf1 mutant indicate that bast fiber lignin content increased by 350% and was associated with important modifications in the oligolignol pool. Whole genome transcriptomics suggested that increased lignification was related to an important up-regulation in lignin-associated peroxidase gene expression

Plant cell wall lignification and monolignol metabolism

Plants are built of various specialized cell types that differ in their cell wall composition and structure. The cell walls of certain tissues (xylem, sclerenchyma) are characterized by the presence of the heterogeneous lignin polymer that plays an essential role in their physiology. This phenolic polymer is composed of different monomeric units - the monolignols - that are linked together by several covalent bonds. Numerous studies have shown that monolignol biosynthesis and polymerization to form lignin are tightly controlled in different cell types and tissues. However, our understanding of the genetic control of monolignol transport and polymerization remains incomplete, despite some recent promising results. This situation is made more complex since we know that monolignols or related compounds are sometimes produced in non-lignified tissues. In this review, we focus on some key steps of monolignol metabolism including polymerization, transport, and compartmentation. As well as being of fundamental interest, the quantity of lignin and its nature are also known to have a negative effect on the industrial processing of plant lignocellulose biomass. A more complete view of monolignol metabolism and the relationship that exists between lignin and other monolignol-derived compounds thereby appears essential if we wish to improve biomass quality

Functional analyses of cellulose synthase genes in flax (Linum usitatissimum) by virus-induced gene silencing

International audienceFlax (Linum usitatissimum) bast fibres are located in the stem cortex where they play animportant role in mechanical support. They contain high amounts of cellulose and so are usedfor linen textiles and in the composite industry. In this study, we screened the annotated flaxgenome and identified 14 distinct cellulose synthase (CESA) genes using orthologous sequencespreviously identified. Transcriptomics of ‘primary cell wall’ and ‘secondary cell wall’ flax CESAgenes showed that some were preferentially expressed in different organs and stem tissuesproviding clues as to their biological role(s) in planta. The development for the first time in flaxof a virus-induced gene silencing (VIGS) approach was used to functionally evaluate thebiological role of different CESA genes in stem tissues. Quantification of transcript accumulationshowed that in many cases, silencing not only affected targeted CESA clades, but also had animpact on other CESA genes. Whatever the targeted clade, inactivation by VIGS affected plantgrowth. In contrast, only clade 1- and clade 6-targeted plants showed modifications in outerstemtissue organization and secondary cell wall formation. In these plants, bast fibre numberand structure were severely impacted, suggesting that the targeted genes may play animportant role in the establishment of the fibre cell wall. Our results provide new fundamentalinformation about cellulose biosynthesis in flax that should facilitate future plant improvement/engineerin

Données stratigraphiques et sédimentaires

International audienc

Asymmetrical diversification of the receptor-ligand interaction controlling self-incompatibility in Arabidopsis

International audienc

Vers une compréhension moléculaire de la nature hypolignifiée des fivres de lin

Vers une compréhension moléculaire de la nature hypolignifiée des fivres de linMaxime CHANTREAUa, Antoine PORTELETTEb, Rebecca DAUWEc, Shingo KIYOTOb,d, David CRONIERb, Kris MORREELe, Malika CHABIa, Wout BOERJANe, Arata YOSHINAGAd, François MESNARDf, Sebastien GRECa, Brigitte CHABBERTb, Simon HAWKINSaa Université Lille Nord de France, Lille 1 UMR 1281, F-59650, Villeneuve d'Ascq cedex, France. b NRA, UMR614 Fractionnement des AgroRessources et Environnement, F-51100 Reims, France. c Université de Picardie Jules Verne, EA 3900, BIOPI, Laboratoire de Phytotechnologie, 1, rue des Louvels, F-80037 Amiens Cedex 1, France. d Laboratory of Tree Cell Biology, Division of Forest and Biomaterials Science, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan. e Department of Plant Systems Biology, VIB, Technologiepark 927, 9052 Gent, Belgium.Certaines plantes comme le jute, la ramie, le chanvre et le lin contiennent de longues cellules fibres (fibres périphloémiennes) caractérisées par la présence d’une épaisse paroi secondaire riche en cellulose et pauvre en lignine. Malgré une utilisation ancienne et variée de ces fibres, peu de choses sont connues sur la biosynthèse de leur paroi, particulièrement en ce qui concerne les mécanismes qui contrôlent la lignification. Pour améliorer nos connaissances sur ces mécanismes chez le lin, nous avons développé et caractérisé une population de mutants EMS [1]. Cette population nous a permis d’initier des travaux visant à déterminer l’origine moléculaire de la nature hypolignifiée des fibres de lin. La création et la caractérisation phénotypique d’une large population de mutants EMS de lin représentent une ressource d’intérêt pour l’espèce. Le développement d’une stratégie de TILLinG, réalisée au travers du criblage Li-Cor de 2 gènes (C3H et CAD), impliqués dans la biosynthèse des monolignols, a permis d’estimer le taux de mutation de cette population à 1/41Kb ce qui est particulièrement élevé en comparaison des autres populations EMS décrites. Un criblage cytologique haut débit de cette population de mutants a permis d’identifier une sous-population lbf (lignified bast fibers) présentant des fibres lignifiées. Cette population représentera donc un outil précieux permettant d’élucider les mécanismes de régulation de la lignification chez le lin, mais également d’étudier le comportement de parois, majoritairement cellulosiques, soumises à une lignification ectopique. Comme preuve de ce concept nous avons initié la caractérisation approfondie de la famille lbf1 montrant une augmentation du contenu en lignine des fibres de 350%, associé à d’importantes modifications dans le pool d’oligolignols. Les analyses transcriptomiques suggèrent que l’augmentation de la lignification est associée à une sur-expression de peroxydases impliquées dans la lignification. Des analyses ont aussi mis en exergue une modification des autres constituants pariétaux

Vers une compréhension moléculaire de la nature hypolignifiée des fivres de lin

Vers une compréhension moléculaire de la nature hypolignifiée des fivres de linMaxime CHANTREAUa, Antoine PORTELETTEb, Rebecca DAUWEc, Shingo KIYOTOb,d, David CRONIERb, Kris MORREELe, Malika CHABIa, Wout BOERJANe, Arata YOSHINAGAd, François MESNARDf, Sebastien GRECa, Brigitte CHABBERTb, Simon HAWKINSaa Université Lille Nord de France, Lille 1 UMR 1281, F-59650, Villeneuve d'Ascq cedex, France. b NRA, UMR614 Fractionnement des AgroRessources et Environnement, F-51100 Reims, France. c Université de Picardie Jules Verne, EA 3900, BIOPI, Laboratoire de Phytotechnologie, 1, rue des Louvels, F-80037 Amiens Cedex 1, France. d Laboratory of Tree Cell Biology, Division of Forest and Biomaterials Science, Graduate School of Agriculture, Kyoto University, Sakyo-ku, Kyoto 606-8502, Japan. e Department of Plant Systems Biology, VIB, Technologiepark 927, 9052 Gent, Belgium.Certaines plantes comme le jute, la ramie, le chanvre et le lin contiennent de longues cellules fibres (fibres périphloémiennes) caractérisées par la présence d’une épaisse paroi secondaire riche en cellulose et pauvre en lignine. Malgré une utilisation ancienne et variée de ces fibres, peu de choses sont connues sur la biosynthèse de leur paroi, particulièrement en ce qui concerne les mécanismes qui contrôlent la lignification. Pour améliorer nos connaissances sur ces mécanismes chez le lin, nous avons développé et caractérisé une population de mutants EMS [1]. Cette population nous a permis d’initier des travaux visant à déterminer l’origine moléculaire de la nature hypolignifiée des fibres de lin. La création et la caractérisation phénotypique d’une large population de mutants EMS de lin représentent une ressource d’intérêt pour l’espèce. Le développement d’une stratégie de TILLinG, réalisée au travers du criblage Li-Cor de 2 gènes (C3H et CAD), impliqués dans la biosynthèse des monolignols, a permis d’estimer le taux de mutation de cette population à 1/41Kb ce qui est particulièrement élevé en comparaison des autres populations EMS décrites. Un criblage cytologique haut débit de cette population de mutants a permis d’identifier une sous-population lbf (lignified bast fibers) présentant des fibres lignifiées. Cette population représentera donc un outil précieux permettant d’élucider les mécanismes de régulation de la lignification chez le lin, mais également d’étudier le comportement de parois, majoritairement cellulosiques, soumises à une lignification ectopique. Comme preuve de ce concept nous avons initié la caractérisation approfondie de la famille lbf1 montrant une augmentation du contenu en lignine des fibres de 350%, associé à d’importantes modifications dans le pool d’oligolignols. Les analyses transcriptomiques suggèrent que l’augmentation de la lignification est associée à une sur-expression de peroxydases impliquées dans la lignification. Des analyses ont aussi mis en exergue une modification des autres constituants pariétaux