Impact de la disponibilité en azote sur la formation du bois: une analyse fonctionnelle

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Yolande Brunet
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1 Impact de la disponibilité en azote sur la formation du bois: une analyse fonctionnelle Frédéric Pitre Laboratoire de Chimie Biologique GDR-AMV, Pessac 2005

2 Plantations (quelque part en Normandie)

3 Introduction Pourquoi caractériser ce bois? Foresterie intensive bois juvénile sur les marchés (USDA)

4 Formation du bois chez les arbres Cellulose: % Lignine: % Hémicelluloses: 15-25% Pectines: 5% Extractibles: 5-7% Lignine Cellulose (Harrington, 1996) (INRA)

5 Hypothèse La disponibilité en azote modifie l utilisation des ressources carbonés dans le bois en formation de peuplier. Objectifs: Caractériser le bois provenant de peupliers fertilisés avec différents niveaux de fertilisation azotée Identifier des étapes-clés responsables de la réorientation du flux métabolique dans le bois

Objectifs: Caractériser le bois provenant de peupliers fertilisés avec différents

7 Méthodologie Populus trichocarpa X deltoides H mm 1mM 10mM (Traitement azoté) (Cooke et al.,new Phytol, 2005 a,b)

8 Coloration du xylème A B C 0 mm 1mM 10mM (200 X) (Traitement azoté)

9 Microscopie électronique A B 0 mm 1mM 10mM (Traitement azoté) C (5000 X)

10 Phloroglucinol-HCL (Coloration de la lignine en rouge) A B C 0 mm 1mM 10mM (Traitement azoté) (100 X)

11 [N 2 ] 10mM [N 2 ]1mM Bois de tension [N 2 ]1mM

12 Puces à ADN contenant 3400 gènes de peupliers Transcriptomique

14 (Analysis by L. Tarca) ~ 200 gènes sont différentiellement exprimés dans le xylème de peuplier ayant été soumis à une haute disponibilité en azote

15 Analyse d expression Synthèse protéique Métabolisme carboné Signalisation Formation de la paroi environ 40% du CO 2! photosynthesis iron unknown function glycolysis /gluconeogenesis respiration carbohydrate metabolism lipid metabolism one-carbon metabolism secondary metabolism (Amthor, 2003) other cell wall water relations protein synthesis growth & devt signalling hormone biosynthesis redox status energy status protein degration (ubiquitination) (Cooke et al. Soumis dans Plant Physiol.)

one-carbon metabolism secondary metabolism (Amthor, 2003) other cell wall water relations protein synthesis growth & devt

16 Biosynthèse de la lignine 0 mm 1 mm 10 mm Coloration Safranine-Astra bleu

17 RT-qPCR quantification des transcrits de la voie de biosynthèse de la lignine PAL-4 CCR 1j 7j F5H 1j 7j CCoAOMT 1j 7j COMT 1j 7j CAD Gènes de la biosynthèse des lignines exprimés lors de la formation du bois de tension PAL CL +++ COMT + CCoAOMT + F5H + CAD + (Pilate et al., 2004) 1j 7j 1j 7j

biosynthèse des lignines exprimés lors de la formation du bois de tension

18 RT-qPCR quantification de transcrits impliqués dans le métabolisme carboné UDP-Glucose pyrophosphorylase 1j 7j 1j 7j

19 RT-qPCR quantification des transcrits de gènes-candidats Serine/threonine kinase 1j 7j 1j 7j 1j 7j

20 Observations Le bois de peuplier produit par les arbres soumis à une haute disponibilité en azote est différent: Morphologiquement Au niveau de l expression génique

21 Modèle de lignine de peuplier (John Ralph et al., 2004)

22 Structure des lignines natives unités en C 6 C 3 et liaisons interunités Unités usuelles phénylpropanes : chaîne glycérol Ar-CHOH-CHOR-CH 2 OH p-hydroxyphényles H (R 1 =R 2 = H) Liaison labile β-o-4 (ou 8-O-4) Guaïacyles G (R 1 =OMe; R 2 = H), Syringyles S (R 1 =R 2 = OMe) HO γ R R HO O β α 4 O OMe OMe γ C 9 β C 8 α C 7 R R 2 O

23 Empreinte structurale des lignines par thioacidolyse Monomères majeurs : reflet de la composition de la lignine γ β α CH 2 OH HC O CHOH R R Lignine CH 2 SEt CHSEt CHSEt CH 2 SEt CHSEt CHSEt 100 C, 4h BSTFA R 2 OR R 1 EtSH, BF 3 R 2 OH R 1 CPG-SM R 2 R 1 OTMS benzylic ion = base peak at m/z 239 for H units 269 for G units 299 for S units

24 Détermination de la lignine: dosage gravimétrique Klason % Lignine Klason 24,00 22,00 20,00 18,00 16,00 14,00 12,00 10,00 4 arbres différents: Une certaine plasticité 0 mm 1 mm 10 mm Contenu en lignine (% Lignine Klason) 0 mm : 20,63 ± 0,78 % 1 mm : 20,98 ± 0,64 % 10 mm: 21,23 ± 0,38 % Contenu en lignine (% Lignine Klason) Populus deltoides X nigra Ogy, 3 mois Bois de tension vs Bois opposé 13,67 ± 1,6 18,54 ± 0,08 (Pilate et al., résultats non publiés)

25 Thioacidolyse: coupe les liaisons β-o-4 dans les lignines Structures des sous-unités monomériques 0 mm 1 mm 10 mm S/G %H %G %S 1,91 0,21 34,3 65,5 0,07 0,02 0,86 0,88 1,89 0,23 34,6 65,2 0,08 0,01 0,94 0,94 1,72 0,28 36,7 63,0 0,11 0,01 1,54 1,54 Diminution du S/G et Augmentation des sous-unités H - Caractères juvéniles?

26 Conclusion Le bois produit par des arbres soumis à une fertilisation azotée est différent morphologiquement, au niveau de l expression et chimiquement Étendre nos résultats à des plantations Pratiques en sylvicoles influencent directement les propriétés du bois. Le marché devra s adapter!

27 Équipe lignine, Pr Catherine Lapierre Brigitte Pollet Remerciements ARBOREA, Dr John Mackay CR$NG FQRNT

28 Questions..?

29 Valeurs comparées Cytologie Bois de tension Bois fertilisé (N) Fibres et vaisseaux plus longs Fibres plus courtes Couche G peu cohésive Probable couche G Microfibrilles parallèles à l axe Non étudié Composition Plus de cellulose Plus de celluose Hémicelluloses modifiées Non étudié Structure des lignines % Lignine, peu ou pas d écart Peu ou pas d écart (données contradictoires) S/G légèrement augmenté S/G diminué

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