Etude de la formation du duramen chez le douglas : approches biochimique et transcriptomique

The heartwood formation is a key physiological process involved in wood quality because it contributes to its natural durability. The goal of this thesis is to understand mechanisms involved in the heartwood formation in douglas fir. This study has been carried out at phenotypic, biochemical and molecular levels from several douglas-fir genotypes. Thanks to phenotypic analysis, we showed that heartwood proportion is probably under genetic control, and little influenced by the environment. In douglas fir, heartwood expansion mainly occurs during autumn and winter. To characterize the biochemical composition of wood, a new method has been developed. The method implies the wood dissolution in ionic liquid, the solution obtained are then analyzed by immunodetection with monoclonal antibodies against plant cell wall glycan epitopes. Thanks to this method, the wood cell wall composition has been studied, ring-by-ring, from the outer sapwood to the inner heartwood. Some polymers are more abundant in the sapwood (arabinans) while others in the heartwood (pectins, xylans and galactans). Then, genes involved in the heartwood formation have been studied by RNA-Seq from trees belonging to one genotype sampled during winter. Results show that genes encoding transcription factors, defence related proteins, enzymes involved in phenylpropanoid biosynthesis and plant cell wall modification are upregulated in transition zone compared to sapwood. Hormones, ethylene and jasmonate especially, seem to play an important role during sapwood maturation.La formation du duramen est un processus physiologique clé impliqué dans la qualité du bois puisqu'il contribue notamment à sa durabilité naturelle. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la formation du duramen chez le douglas. L'étude a été menée aux niveaux phénotypiques, biochimiques et moléculaires sur plusieurs génotypes de douglas. Des études phénotypiques, il ressort que la proportion de duramen serait sous influence génétique et très peu environnementale, et que l'expansion du bois de coeur se déroule principalement en automne-hiver. Afin de caractériser la composition biochimique du bois, une nouvelle méthode a été développée. Elle repose sur la dissolution du bois dans des liquides ioniques, les solutions obtenues sont ensuite immuno-marquées à l'aide d'anticorps dirigés contre des épitopes de polymères pariétaux. Cette méthode a permis d'observer l'évolution, cerne par cerne, de la composition pariétale du bois de l'aubier externe au coeur du duramen. Certains polymères sont plus abondants dans l'aubier (arabinanes), tandis que d'autres dans le duramen (pectines, xylanes et galactanes). En parallèle, les gènes impliqués dans la formation du duramen ont été étudiés par RNA-Seq à partir de douglas appartenant à un seul génotype et abattus en hiver. Les résultats montrent que des gènes codant des facteurs de transcription, des protéines de défense, des enzymes de la voie de biosynthèse des phénylpropanoides et des enzymes impliquées dans le remodelage de la paroi sont surexprimés dans la zone de transition par rapport à l'aubier. Des hormones, l'éthylène et le jasmonate notamment, semblent jouer un rôle important dans la maturation de l'aubier

Study of the Douglas-fir heartwood formation : biochemical and transcriptomic approaches

La formation du duramen est un processus physiologique clé impliqué dans la qualité du bois puisqu'il contribue notamment à sa durabilité naturelle. L'objectif de cette thèse est de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la formation du duramen chez le douglas. L'étude a été menée aux niveaux phénotypiques, biochimiques et moléculaires sur plusieurs génotypes de douglas. Des études phénotypiques, il ressort que la proportion de duramen serait sous influence génétique et très peu environnementale, et que l'expansion du bois de coeur se déroule principalement en automne-hiver. Afin de caractériser la composition biochimique du bois, une nouvelle méthode a été développée. Elle repose sur la dissolution du bois dans des liquides ioniques, les solutions obtenues sont ensuite immuno-marquées à l'aide d'anticorps dirigés contre des épitopes de polymères pariétaux. Cette méthode a permis d'observer l'évolution, cerne par cerne, de la composition pariétale du bois de l'aubier externe au coeur du duramen. Certains polymères sont plus abondants dans l'aubier (arabinanes), tandis que d'autres dans le duramen (pectines, xylanes et galactanes). En parallèle, les gènes impliqués dans la formation du duramen ont été étudiés par RNA-Seq à partir de douglas appartenant à un seul génotype et abattus en hiver. Les résultats montrent que des gènes codant des facteurs de transcription, des protéines de défense, des enzymes de la voie de biosynthèse des phénylpropanoides et des enzymes impliquées dans le remodelage de la paroi sont surexprimés dans la zone de transition par rapport à l'aubier. Des hormones, l'éthylène et le jasmonate notamment, semblent jouer un rôle important dans la maturation de l'aubier.The heartwood formation is a key physiological process involved in wood quality because it contributes to its natural durability. The goal of this thesis is to understand mechanisms involved in the heartwood formation in douglas fir. This study has been carried out at phenotypic, biochemical and molecular levels from several douglas-fir genotypes. Thanks to phenotypic analysis, we showed that heartwood proportion is probably under genetic control, and little influenced by the environment. In douglas fir, heartwood expansion mainly occurs during autumn and winter. To characterize the biochemical composition of wood, a new method has been developed. The method implies the wood dissolution in ionic liquid, the solution obtained are then analyzed by immunodetection with monoclonal antibodies against plant cell wall glycan epitopes. Thanks to this method, the wood cell wall composition has been studied, ring-by-ring, from the outer sapwood to the inner heartwood. Some polymers are more abundant in the sapwood (arabinans) while others in the heartwood (pectins, xylans and galactans). Then, genes involved in the heartwood formation have been studied by RNA-Seq from trees belonging to one genotype sampled during winter. Results show that genes encoding transcription factors, defence related proteins, enzymes involved in phenylpropanoid biosynthesis and plant cell wall modification are upregulated in transition zone compared to sapwood. Hormones, ethylene and jasmonate especially, seem to play an important role during sapwood maturation

Direct Immunological Detection of Wood Cell Wall Polysaccharides after Microwave- Assisted Ionic Liquid Disruption

International audienceWe present here a new cell wall polysaccharide analysis method based on the fast and efficient ionic liquid solubilization of wood samples followed by direct immunological detections of their polysaccharide contents. To reduce both the time and the temperature of the analysis, wood powder samples are first totally disrupted in 1-ethyl-3-methylimidazolium under controlled microwave irradiation. The solubilized extracts are then directly spotted ontonitrocellulose membranes in order to specifically detect their polysaccharide contents with a set of monoclonal antibodies. Compared to the long sequential method classically used for biomass analysis, the technique described in this article allows the simultaneous treatments of higher numbers of smaller samples. It represents an interesting toolkit to rapidly screen various biomass resources for their polysaccharide contents

La formation du duramen chez le douglas

National audienc

Microspectroscopie EPI-CARS multiplex ultrabroadband

International audienc

Transcriptomic monitoring of Douglas-fir heartwood formation

Abstract Objectives Molecular cues linked to heartwood formation open new (complementary) perspectives to genetic breeding programs of Douglas-fir, a tree species largely cultivated in Europe for the natural durability and civil engineering properties of its wood. Data description RNAs from a single genotype of Douglas-fir, extracted from three distinct wood zones (outer sapwood, inner sapwood and transition zone) at four vegetative seasons to generate an extensive RNA-seq dataset used to apprehend the in-wood dynamic and seasonality of heartwood formation in this hardwood model species. Previously published data collected on somatic embryos of the same genotype could be merged with the present dataset to upgrade grade the Douglas-fir reference transcriptome