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Master 2 en biochimie (2)

L'unité BIA propose un sujet de Master 2 sur : Etude de la partition du mucilage séminal chez Arabidopsis thaliana

Mis à jour le 09/10/2017
Publié le 09/10/2017
Mots-clés :

Intitulé du sujet de stage
Etude de la partition du mucilage séminal chez Arabidopsis thaliana
Seed mucilage partitioning in Arabidopsis thaliana

Equipe d'accueil
Biopolymères Interactions Assemblages (BIA, UR 1268) - Unité propre de Recherche INRA
Equipe d'accueil : Paroi Végétale et Polysaccharides Pariétaux
Responsable : Fabienne Guillon

Encadrant : Ralet Marie-Christine, DR
Adresse : rue de la Géraudière. BP 71627. 44316 Nantes Cedex 03
Téléphone : 0240675196
Email : marie.ralet@inra.fr

Contexte scientifique et enjeux
Au cours de leur développement, les cellules épidermiques du tégument des graines dites « myxospermiques » accumulent du mucilage formé de polysaccharides complexes qui est libéré au cours de l’imbibition des graines. Le mucilage des graines semble intervenir dans plusieurs fonctions écophysiologiques comme la viabilité des graines. Chez Arabidopsis, ce mucilage est structuré en deux couches distinctes : (i) une couche externe formée quasi exclusivement de rhamnogalacturonane I, un domaine glycanique présent dans les pectines ; et (ii) une couche interne adhérant fortement à la surface de la graine formée majoritairement de rhamnogalacturonane I et de cellulose. Le mucilage des graines d’Arabidopsis thaliana apparaît donc comme un excellent modèle simplifié pour étudier à la fois la biosynthèse des pectines et l’architecture de la paroi primaire des eudicotylédones.

Objectif et plan de recherche
Chez Arabidopsis, le mucilage forme autour de la graine deux couches polysaccharidiques distinctes, sans que l’on sache pourquoi et comment ces deux couches sont formées. Nous avons précédemment caractérisé la variabilité naturelle de la couche externe du mucilage et démontré l’existence de variants atypiques pour la quantité de polysaccharides produits ainsi que pour leurs propriétés physicochimiques. La variabilité des propriétés de la couche externe du mucilage était en outre corrélée avec certaines contraintes environnementales. En revanche, peu de données sont disponibles à ce jour sur la constitution structurale des macromolécules de la couche interne du mucilage qui est particulièrement difficile à extraire. Nous avons mis au point une méthode d’extraction enzymatique efficace mais destructive. Deux méthodes physiques ont été récemment rapportées dans la littérature (sonication, vortex intensif). Nous souhaitons au cours du stage étudier de façon systématique ces différentes techniques « d’extraction » du mucilage adhérent et les comparer entre elles (rendement, structure et propriétés macromoléculaires des polysaccharides extraits) sur l’écotype modèle Columbia 0. Nous tenterons également de séparer les polysaccharides solubles de la trame de cellulose à laquelle ils adhèrent en utilisant des moyens chimiques (solvants de la cellulose) ou enzymatiques (LPMO, lytic polysaccharide monooxygenases). Enfin, nous validerons l’approche sur des mutants affectés dans la répartition mucilage externe/mucilage interne.

In Arabidopsis, mucilage is formed of two structurally distinct layers; precisely how and why the two layers are generated is unknown. In a previous -project, we characterised natural variation in the outer layer of mucilage. We demonstrated that natural variability exists in the physicochemical properties of the macromolecules and in the amount of polymers produced. Furthermore, variation in the properties of outer mucilage polysaccharides was correlated to environmental constraints. To date, however, little is known about the macromolecular structure of the polymers forming the inner mucilage layer that is particularly difficult to recover. We have developed an efficient but destructive enzymatic extraction methodology. Recently, two physical approaches have been published based on sonication and intense vortexing, respectively. In the proposed project, we aim at studying these different extraction techniques in a systematic way and at comparing them one with the other (yield, structure and macromolecular properties of extracted polysaccharides) using the model ecotype Columbia 0. We will also try to separate soluble polysaccharides from the cellulosic scaffold they are attached to by using chemical (cellulose solvents) or enzymatic means (LPMO, lytic polysaccharide monooxygenases). Finally, we will validate our approach on mutants exhibiting altered outer/inner mucilage partitioning.

Techniques
Techniques de biochimie : extractions séquentielles, analyse des polysaccharides (colorimétrie, chromatographies), enzymologie.

Résultats attendus
Nous avons récemment mis en évidence que les chaînes pectiques, qui n’ont pas la capacité de s’adsorber à la cellulose, étaient branchées par de rares courtes chaînes de xylanes qui ont cette capacité d’absorption et qui peuvent ainsi assurer l’interaction pectines-cellulose. Ce phénomène n’est cependant pas le seul en jeu. L’ensemble des résultats du stage devrait nous permettre de mieux comprendre les mécanismes mis en jeu dans les phénomènes d’adhérence du mucilage.

Publications pertinentes du laboratoire

  • Ralet M.-C., Crépeau M.-J., Vigouroux J., Tran J., Berger A., Sallé C., Granier F., Botran L. & North H.M. Xylans provide the structural driving force for mucilage adhesion to the Arabidopsis seed coat. Plant Physiology, 171, 165-178 (2016).
  • Griffiths J.S., Crépeau M.-J., Ralet M.-C., Seifert G.J. & North H.M. Dissecting seed mucilage adherence mediatedby FEI2 and SOS5. Frontiers in Plant Science, 7, article 1073 (2016).
  • Saez-Aguayo S., Rondeau-Mouro C., Macquet A., Kronholm I., Ralet M.-C., Berger A., Sallé C., Poulain D., Granier F., Botran L., Loudet O., de Meaux J., Marion-Poll A. & North H.M. Local evolution of seed flotation in Arabidopsis. PLoS Genet 10(3): e1004221. doi:10.1371/journal.pgen.1004221 (2014).
  • Saez-Aguayo S., Ralet M.-C., Berger A., Botran L., Ropartz D., Marion-Poll A. & North H.M. PECTIN METHYLESTERASE INHIBITOR6 promotes Arabidopsis mucilage release by limiting methylesterification of homogalacturonan in seed coat epidermal cells. Plant Cell, 25, 308-323 (2013).
  • Sullivan S., Ralet M.-C., Berger A., Diatloff E., Bischoff V., Gonneau M., Marion-Poll A. & North H. CESA5 is required for the synthesis of cellulose with a role in structuring the adherent mucilage of Arabidopsis seeds. Plant Physiology, 156, 1725-1739 (2011).

Mots clé : Arabidopsis, graine, mucilage, polysaccharides, pectines

Descriptif du stage 
Il s’agit de mettre en œuvre des techniques et approches de biochimie analytique pour (i) contribuer à la compréhension des fonctions physiologiques du mucilage des graines d’Arabidopsis (ii) mieux appréhender l’architecture de la paroi des végétaux.