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De nombreux processus liés à la régulation de la lignification dans les parois secondaires chez les plantes sont maintenant relativement bien connus. Toutefois, le rôle de la glycosylation des monolignols et de leurs précurseurs reste encore à établir dans cette voie de biosynthèse complexe. Les fibres primaires de lin (Linum usitatissimum) sont caractérisées par la présence d'une paroi secondaire épaisse contenant très peu de lignines contrairement aux cellules voisines du xylème dans la tige. Cette différence de composition s'accompagne également d'une accumulation de molécules apparentées aux lignines majoritairement présentes sous forme glycosylées dans les fibres. Le contexte général de ce travail était donc de rechercher une éventuelle influence entre la glycosylation des précurseurs et les quantités de lignines elles mêmes. Dans un premier temps nous avons caractérisé l'ensemble de la voie de biosynthèse des monolignols chez le lin en reconstituant les familles multigéniques à l'aide de la séquence de son génome puis notamment établi leurs profils d'expression. Dans un deuxième temps, la même démarche a été effectuée dans le but de d'identifier toutes les UDP GlycosylTransférases (UGTs) formant l'UGTome du lin. Parmi celles-ci, cinq orthologues d'UGTs d'Arabidopsis capables de glycosyler ces métabolites secondaires ont été caractérisés. Enfin, pour mieux comprendre la relation entre la glycosylation des monolignols et la lignification, un triple mutant ugt72e1-2-3 d’Arabidopsis a été obtenu et a montré non seulement que la glycosylation influençait la lignification mais a aussi permis de mieux cerner le rôle probable de ces UGTs chez les plantes. / Many processes related to the regulation of plant secondary cell wall lignification are now relatively well known. However, the role of glycosylation of monolignols and their precursors within this complex biosynthetic pathway still remains to be established. Primary flax (Linum usitatissimum) fibers are characterized by the presence of a thick secondary cell wall containing very low amounts of lignins in contrast to the neighboring cells of the xylem in the stem. This difference in composition is also accompanied by an accumulation of molecules related to lignins, predominantly present in glycosylated forms within the fibers. The general context of this work was therefore to check if any relation between the glycosylation of the precursors and the amounts of lignins themselves exists. We first characterized the entire biosynthetic pathway of monolignols in flax by reconstituting the multigenic families using the sequence of its genome and then, among other approaches, established their expression profiles. In a second step, the same procedure was performed to identify all of the UDP GlycosylTransferases (UGTs) forming the UGTome of flax. Among these, five enzymes orthologous to Arabidopsis UGTs, which were able to glycosylate these secondary metabolites, were characterized. Finally, to gain more knowledge on the possible link between monolignol glycosylation and lignification, a triple Arabidopsis mutant ugt72e1- 2-3 was obtained and showed that not only such link exists, but that UGTs play specific roles in plants.

Le rouissage du lin cultivé (Linum ustitatissimum L.) sur champ est un procédé naturel, rapide et semi-contrôlé durant lequel les parois végétales sont partiellement dégradées par les micro-organismes afin de faciliter l’extraction des fibres pour différents usages industriels. Le sous- et le sur-rouissage sont associés à une mauvaise qualité de fibre, il est donc essentiel de maîtriser ce processus. La microbiologique du rouissage reste encore mal caractérisée en raison d’études basées uniquement sur des approches de cultures dépendantes et d’identification phénotypique. La mise en place d’une approche de metabarcoding au cours de trois campagnes, nous a permis de caractériser l’évolution des membres et structures du domaine Bacteria et du règne Fungi, à l’échelle de son écosystème, pour la toute première fois. L’assignation taxonomique des OTUs (Operational Taxonomic Units) a permis l’identification de nouveaux taxa encore non associés au rouissage et notamment le phylum Bacteroidetes, très représenté. Grâce aux analyses multivariées et aux tests de corrélations, nous avons identifié plusieurs facteurs influençant ce processus. Nous avons démontré : (i) que le retournement des andains a un effet significatif sur les structures microbiennes, (ii) de l’existence d’un effet "terroir" avec des communautés bactériennes affectées par les précipitations et (iii) de l’existence d’un effet "millésime" avec des variations de structures fongiques expliquées par les températures. Les prédictions des CAZomes (Carbohydrate-Active-Enzymes) bactériens nous ont permis d’identifier des familles potentiellement impliquées dans la dégradation des parois cellulaires qui serviront de base pour une étude plus approfondie par méta-transcriptomique. / Flax (Linum ustitatissimum L.) dew-retting is a short-term, semi-controlled natural process during which plant cell walls are partially degraded by microorganisms to facilitate fiber extraction for various industrial applications. Under- and over-retting are associated with ‘bad fiber quality’ and it is therefore essential to master this process. The microbiology of dew-retting is poorly characterized mainly because it is currently based on the utilization of cultured approaches and phenotypic identification.The implementation of a metabarcoding approach during three independant flax dew-retting campaigns allowed us to characterize, for the first time, the bacterial and fungal community dynamics at this ecosystem level. The taxonomic assignment of OTUs (Operational Taxonomic Units) led to the identification of new taxa not previously associated with dew-retting in particular a high presence of Bacteroidetes phylum. Multivariate analysis and correlation tests identified a number of factors affecting this process. We have demonstrated : (I) that swathe turning has a significant effect on the microbial structures, (ii) the existence of a "terroir" effect and the fact that bacterial communities are affected by precipitation and (iii) the existence of a year effect and the fact that fungal communities are affected by temperature. Bacterial CAZyme (Carbohydrate-Active-Enzymes) predictions, allowed us to identify different families involved in plant cell wall degradation thereby providing a basis for future studies using a metatranscriptomic approach.

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.

Le lin (Linum usitatissimum L.) est cultivé pour ses fibres riches en cellulose utilisées dans l’industrie textile et pour l’élaboration des matériaux composites. La « qualité » des fibres dépend, en partie, de la structure de la paroi cellulaire et nous avons donc essayé de mieux comprendre les différents facteurs pouvant impacter sur la composition des parois cellulaires chez le lin. Dans un premier temps nous avons validé un nouvel support de microarray de type Nimblegen en passant d’un système à base d’oligonucléotides courts (25-mer) à une version avec oligonucléotides longs (60-mer) pour des analyses de transcriptomique. Ensuite une étude protéomique sur plusieurs organes végétatifs nous a permis d’identifier 1242 protéines non-redondantes dont 410 sont associées au métabolisme pariétal. En parallèle nous avons démontrés la présence des hémicellulose de type xyloglucane dans les parois des fibres de lin et mis en évidence une importante paralogie de la famille IIIA des XTHs (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) potentiellement impliqué dans la formation/structuration de la paroi des fibres de lin. Puis, une comparaison transcriptomique et protéomique entre différentes variétés de lin (fibre printemps, fibre hiver, huile hiver) cultivées au champ sur 2 années consécutives a permis d’identifier 659 gènes différentiellement exprimés (DEGs) au niveau variétale, et 1571 DEGs au niveau environnemental. Un nombre non-négligeable de ces gènes est impliqué dans le métabolisme pariétal permettant ainsi de fournir les premiers indices expliquant le lien entre variété et qualité. Cette dernière étude a également souligné l’importance potentielle de la protéine XTH dans le métabolisme pariétal du lin. Le rôle de l’environnement sur le métabolisme pariétale était explorée d’avantage dans une étude visant à disséquer l’impact d’un stress hydrique sur les transcriptomes de 3 organes végétatifs (tige, feuille, racine). Les analyses préliminaires ont identifié un nombre important de DEGs impliqués dans la biosynthèse et le remodelage de plusieurs polymères pariétaux. / Flax (Linum usitatissimum L.) is grown for its cellulose-rich bast fibers used in the textile industry and for reinforcing composite materials. Fiber “quality” depends partly on the structure of the cell wall and we have therefore tried to obtain a better understanding of the different factors that can influence the structure of flax cell walls. We firstly confirmed the use of a new Nimblegen microarray changing from a system based on short (25-mer) oligonucleotides to a system based on long oligonucleotides (60 mers). A proteomics approach was then used and allowed us to identify 1,242 non-redundant proteins of which 410 could be related to cell wall metabolism. In parallel we demonstrated the presence of xyloglucan hemicelluloses in flax fiber cell walls and identified an important paralogy in the IIIA XTH (xyloglucan endo-transglycosylase/hydrolase) family potentially implicated in the formation/structuration of the flax fiber cell wall. Then a transcriptomic and proteomic comparison between different field-grown flax varieties (spring fiber, winter fiber, winter oil) over 2 consecutive years allowed us to identify 659 differentially-expressed genes (DEGs) at the variety level, and 1,571 genes at the environmental level. A non-negligible number of these genes is involved in cell wall metabolism thereby providing some initial clues allowing a link to be made between variety and quality. This study also underlined the potential importance of the XTH protein in flax cell wall metabolism. The role of the environment on cell wall metabolism was further explored in a study aiming to dissect the impact of drought stress on the transcriptomes of 3 vegetative organs (stem, leaf, root). Preliminary analyses identified an important number of DEGs involved in the biosynthesis and remodeling of several cell wall polymers.