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De l’intérêt d’introduire le décor p-coumarique des lignines de Graminées dans les lignines d’autres plantes

Dans la perspective d’améliorer l’usage industriel des lignines, des chercheurs de l’Inra ont exploré l’intérêt de leur modification chimique. L’introduction d’un décor p-coumarique de lignines de Graminées dans celles d’autres plantes révèle que la p-coumaroylation des lignines sous-tend leurs propriétés de solubilité en milieu alcalin. Ces résultats ouvrent de nouvelles pistes pour la production de plantes plus aptes aux fractionnements chimiques industriels.

Ajout d'un cocktail enzymatique dans la cuve d'un pilote instrumenté pour l'étude rhéologique et morphogranulométrique en ligne de la dégradation de suspension lignocellulosique par une cocktail enzymatique;. © Inra, MAITRE Christophe
Mis à jour le 15/06/2017
Publié le 12/06/2017
Mots-clés : BIOMASSE - LIGNINE

Alternative intéressante aux énergies fossiles, la biomasse végétale est aussi à l’origine de produits biosourcés d’intérêt et tant l’amélioration de sa qualité que l’exploration d’outils de bioconversion performants sont aujourd’hui l’objet d’enjeux majeurs. Au côté de la cellulose et des hémicelluloses qui composent cette biomasse, la lignine (un polymère complexe aromatique) est indispensable aux plantes terrestres avant récolte (soutien et défense) tandis qu’elle constitue le verrou majeur des fractionnements chimiques (pâte à papier) ou biologiques (digestibilité des fourrages, conversion de la cellulose en éthanol) des lignocelluloses après récolte.

De l’un à l’autre, il n’y a qu’un pas ou presque comme en témoigne ce travail des chercheurs de l’Inra, qui met en relation lignification et performances d’usage industriel des lignocelluloses.

De l’intérêt d’introduire le décor p-coumarique des lignines de graminées dans celles d’autres plantes

Les lignines des Poacées, anciennement Graminées, ont la particularité d’être décorées par des esters p-coumariques (jusqu’à 20 % en poids) du fait de la participation de précurseurs phénoliques (les monolignols) p-coumaroylées au processus de lignification.

Les scientifiques ont introduit avec succès le gène de l’enzyme liée à cette p-coumaroylation chez Brachypodium distachyon, une plante monocotylédone de la famille des Graminées, chez Arabidopsis thaliana, la plante modèle dicotylédone de la famille de Brassicacées. L’expression de ce gène a permis de réaliser la p-coumaroylation des lignines de dicotylédones et, pour la première fois, d’atteindre un niveau égalant celui de tiges mâtures de Graminées.

Tous les transformants obtenus présentent des tiges moins lignifiées (diminution de 15 à 30 % par rapport au témoin) et donc plus faciles à transformer en sucres fermentescibles en éthanol-carburant, sans pour autant avoir des problèmes de croissance. La forte p-coumaroylation des lignines, apparue chez les Graminées qui sont les plantes lignifiées les plus récentes, présenterait l’avantage de générer un réseau ligneux très fragmenté assurant les rôles de soutien et défense dévolus à ces polymères avec une teneur globale en lignines plus faible.

Plus encore, les lignines des transformants arborent les propriétés remarquables des lignines de Graminées, à savoir taux élevé d’acide p-coumarique, richesse en groupes phénoliques libres et solubilité en milieu alcalin à température ambiante.

 

…pour ouvrir de nouvelles perspectives en matière de bioraffinerie des lignocelluloses

Ces travaux démontrent, pour la première fois, que la participation de monolignols p-coumaroylés modifie considérablement les mécanismes de lignification en générant un réseau ligneux fragmenté, riche en groupes phénoliques libres. Ils ouvrent une nouvelle voie pour rendre les lignines de plantes autres que les Graminées aussi susceptibles que celles de Graminées aux traitements alcalins associés aux bioraffineries des lignocelluloses, traditionnelles (production de pâte à papier) ou innovantes (conversion de la cellulose en éthanol-carburant). Cette stratégie pourrait notamment être testée sur des conifères aux lignines particulièrement résistantes aux fractionnements industriels.

En savoir plus

R. Sibout, P. Le Bris, F. Legée, L. Cézard, H. Renault and C. Lapierre. Structural redesigning Arabidopsis lignins into alkali-soluble lignins through the expression ofpcoumaroyl-CoA: monolignol transferase. Plant Physiol, 2016, 170, 1358-1366. doi/10.1104/pp.15.01877.