Note ABES Characterization of the spatial distribution of lignins in plant cell walls using chemical reporters and Raman Caractérisation de la distribution spatiale de la lignine dans les parois cellulaires végétales à l'aide de rapporteurs chimiques et de la spectroscopie Raman Paroi cellulaire végétale Lignification Imagerie Chemobiologie Spectroscopie Raman Plant cell wall Imaging Lignin Chemobiology Raman spectroscopy Lignine Imagerie Paroi cellulaire végétale Imagerie Chimie bioorthogonale Spectroscopie Raman Microscopie de fluorescence Traitement d'images -- Techniques numériques Hémicellulose La lignine est un polymère polyphénolique de la paroi cellulaire qui intervient dans de nombreux aspects de la croissance et du développement des plantes supérieures. En tant que composant majeur de la biomasse lignocellulosique, elle présente également un intérêt économique. Bien que la biosynthèse du polymère de la lignine soit relativement bien comprise, nous avons besoin d'en savoir plus sur la façon dont les changements (quantité/structure) des autres polymères de la paroi cellulaire (par exemple, la cellulose, les hémicelluloses, les pectines) affectent la production de lignine. Afin de fournir plus d'informations sur cette question, nous avons mis en œuvre une approche en deux phases basée sur l'utilisation de l'imagerie biologique. La première phase a consisté à développer/améliorer différentes techniques d'imagerie complémentaires à haute résolution. Nous avons tout d'abord développé une nouvelle approche ratiométrique quantitative (REPRISAL) basée sur la segmentation paramétrique/intelligence artificielle d'images de microscopie confocale obtenues par la chimie bio-orthogonale des rapporteurs chimiques de la lignine (click chemistry). Cette méthodologie nous a permis de cartographier précisément la capacité de lignification des différentes couches de la paroi cellulaire (coin cellulaire, lamelle moyenne composée et paroi cellulaire secondaire) chez les plantes Arabidopsis WT et le mutant prx64. Dans un deuxième temps, nous avons modifié l'algorithme de segmentation REPRISAL afin de pouvoir l'utiliser pour cartographier les niveaux relatifs de lignine de la paroi cellulaire déterminés par la technique de fluorescence ratiométrique de la safranine-O. Enfin, nous avons utilisé l'imagerie Raman pour comparer la capacité de trois méthodes analytiques multivariées différentes (non-mixage, analyse en grappes et correspondance orthogonale) à fournir des informations spatiales détaillées sur la distribution des différents polymères dans les parois cellulaires des plantes. Dans la deuxième phase, nous avons utilisé les techniques d'imagerie développées/améliorées pour analyser si les modifications des hémicelluloses de la paroi cellulaire affectent la lignification chez le mutant irx9 d'Arabidopsis. Nos résultats ont démontré que les changements dans la distribution des hémicelluloses de la paroi cellulaire modifient effectivement le processus de lignification, en particulier dans les parties les plus jeunes de la tige florale de la plante. La transcriptomique ciblée de certains gènes de la paroi cellulaire suggère que les changements observés pourraient être liés à l'induction d'une réponse de défense. Globalement, les techniques développées dans le cadre de cette thèse devraient s'avérer précieuses pour les études futures de la dynamique des parois cellulaires. Les résultats obtenus sur le mutant irx9 donnent un nouvel aperçu des relations dynamiques qui existent entre les différents polymères de la paroi cellulaire des plantes. Lignin is a polyphenolic polymer of the cell wall involved in many aspects of growth and development in higher plants. As a major component of lignocellulosic biomass, it is also of economic interest. Although the biosynthesis of the lignin polymer is relatively well understood, we need to know more about how changes (quantity/structure) to other cell wall polymers (e.g., cellulose, hemicelluloses, pectins) affect lignin production. To provide more information on this question we implemented a two-phase approach based on the use of biological imaging. The first phase involved the development/improvement of different high-resolution complementary imaging techniques. We firstly developed a novel quantitative ratiometric approach (REPRISAL) based on the parametric/artificial intelligence segmentation of confocal microscopy images obtained by lignin chemical reporter bio-orthogonal chemistry. This methodology allowed us to precisely map the lignification capacity of different cell wall layers (cell corner, compound middle lamella and secondary cell wall) in Arabidopsis WT plants and the prx64 mutant. In a second development, we modified the REPRISAL segmentation algorithim thereby enabling it to be used to map relative cell wall lignin levels determined by the ratiometric safranin-O fluorescence technique. Finally, we used Raman imaging to compare the ability of three different multivariate analytical methods (unmixing, cluster analysis and orthogonal matching) to provide detailed spatial information about the distribution of different polymers in plant cell walls. In the second phase we used the developed/improved imaging techniques to analyse whether changes to cell wall hemicelluloses affect lignification in the Arabidopsis irx9 mutant. Our results demonstrated that changes in the distribution of cell wall hemicelluloses do indeed modify the lignification process, particularly in the younger parts of the plant floral stem. Targeted transcriptomics of selected cell wall genes suggested that the observed changes could be related to the induction of a defence response. Overall, the techniques developed within the framework of this thesis should prove valuable for future studies of cell wall dynamics. The results obtained on the irx9 mutant provide a novel insight into the dynamic relationships that exist between different polymers of the plant cell wall. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 17604277 https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/EDBSL/2023/2023ULILS118.pdf https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.fr/2023ULILS118/abes https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.hal.science/tel-04575553 https://theses.hal.science/tel-04575553 REPRISAL: mapping lignification dynamics using chemistry, data segmentation, and ratiometric analysis Oriane Morel Cedric Lion Godfrey Neutelings Jonathan Stefanov Fabien Baldacci-Cresp Clemence Simon Christophe Biot Simon Hawkins Corentin Spriet PMC en 2022 Text Ratiometric Fluorescent Safranin-O Staining Allows the Quantification of Lignin Contents In Muro Oriane Morel Corentin Spriet Cédric Lion Fabien Baldacci-Cresp Garance Pontier Marie Baucher Christophe Biot Simon Hawkins Godfrey Neutelings SpringerLink en 2023 Text Chemical tissue heterogeneity of young Arabidopsis stems revealed by Raman imaging combined with multivariate data analysis Oriane Morel Notburga Gierlinger Elsevier en 2023 Text Morel Oriane Morel 1992-04-18 FR 277526337 https://theses.fr/2023ULILS118 2023ULILS118 https://doi.org/10.70675/89cec143zd067z4db4za7b1zebc5c74e0d98 2023-07-12 Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie Université de Lille (2022-....) 259265152 Universität für Bodenkultur (Vienne) MADS_ETABLISSEMENT_DE_COTUTELLE_1 035815507 Doctorat Docteur es oui oui Hawkins Simon MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 13678352X Gierlinger Notburga MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 277524679 Neutelings Godfrey MADS_PRESIDENT_DU_JURY 136783678 Chabbert Brigitte MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 070690405 Déjardin Annabelle MADS_RAPPORTEUR_1 179991892 Jamet Elisabeth MADS_RAPPORTEUR_2 131155512 École graduée Biologie-Santé (Lille ; 2000-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 446 147705126 Unité de Glycobiologie Structurale et Fonctionnelle (Villeneuve d'Ascq ; 1998-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 1001889 134442571 ddc:570 Universität für Bodenkultur (Vienne) Hawkins Simon Gierlinger Notburga Neutelings Godfrey Chabbert Brigitte Déjardin Annabelle Jamet Elisabeth École doctorale Biologie-Santé Unité de glycobiologie structurale et fondamentale (UGSF) PDF 17604277