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Cryo-FE-SEM & TEM immuno-techniques reveal new details for understanding white-rot decay of lignocellulose

2004; Elsevier BV; Volume: 327; Issue: 9-10 Linguagem: Francês

10.1016/j.crvi.2004.08.003

1768-3238

Geoffrey Daniel, Jindřich Volc, Marja‐Leena Niku‐Paavola,

Plant Pathogens and Fungal Diseases

High-resolution Cryo-Field Emission Scanning Electron Microscopy (HR-Cryo-FE-SEM) and immuno-cytochemistry were used to reveal novel details on the morphological events and spatial distribution of oxidoreductive enzymes during the degradation of birch wood by the white-rot fungi Phlebia radiata and mutant strain P. radiata Cel 26. Cryo-observations of fractured fibres showed degradation across the cell wall by P. radiata (wild) to progress by delamination and removal of concentric orientated aggregates from the secondary S2 cell wall. Decay by P. radiata Cel 26 progressed by removal of materials (lignin and hemicelluloses) between the aggregates (primarily cellulose) that remained even after advanced decay. With both decay patterns, extracellular slime materials were present uniting lumina hyphae with the attacked fibre wall. The extracellular slime material had two morphological forms: viz a fibrillar (often tripartite) and a ‘gel-form’, the former found in discrete bands progressing across the lumen onto the fibre wall. Using TEM immunocytochemistry, laccase, manganese peroxidase (MnP) and diarylpropane enzymes were localized in the periplasmic space of luminal hyphae, in association with the cell membrane, periplasmic vesicles and fungal cell wall. Extracellularly, the three enzymes were found associated with the slime and tripartite membranes and with the birch cell walls at all stages of attack through to middle lamella corner decay. Enzyme distribution was correlated with morphological changes in cell wall structure. The association of extracellular slime with these enzymes and sites of decay strongly suggests a major role for this matrix in fibre cell wall decomposition. To cite this article: G. Daniel et al., C. R. Biologies 327 (2004). La cryo-microscopie électronique haute résolution à balayage (MEB) et les techniques d'immuno-marquage associées à la microscopie électronique à transmission (MET) ont été utilisées pour mettre en évidence les événements morphologiques et la distribution spatiale des enzymes oxido-réductifs au cours de la dégradation du bois de bouleau par la moisissure blanche Phlebia radiata et la souche mutante P. radiata Cel 26. Les observations de fibres cryo-fracturées ont mis en évidence que la dégradation par P. radiata progressait au travers des parois cellulaires, par délamination et enlèvement d'agrégats concentriques de la sous-couche S2. La souche P. radiata Cel 26 procède par enlèvement de matière (lignine et hémicelluloses) entre les agrégats (principalement la cellulose), qui restent présents, même aux stades avancés de la dégradation des parois. Dans ces deux types de pourrissement, des produits extracellulaires visqueux (slime) ont étés observés, unissant les hyphes aux parois cellulaires attaquées. Le slime extracellulaire se présente, soit sous forme fibrillaire (souvent tripartite), soit sous la forme d'un gel. Dans le premier cas, il est observé des bandes discrètes qui progressent à travers le lumen sur la paroi des fibres. L'utilisation de l'immunocytochimie couplée à la MET, a permis de localiser les enzymes laccase, manganèse peroxydase (MnP) et diarylpropane peroxydases dans l'espace périplasmique des hyphes luminales, en association avec la membrane cellulaire, les vésicules périplasmiques et les parois cellulaires fongiques. Les trois enzymes ont aussi été trouvés dans le milieu extracellulaire, associés avec le slime et les membranes tripartites ainsi qu'avec les parois du bois, ceci jusqu'au stade de dégradation des triangles de jonction entre les cellules. La distribution des enzymes a été corrélée avec les changements morphologiques survenus dans la structure des parois cellulaires. L'association du slime extracellulaire avec ces enzymes et au niveau des sites dégradés suggère un rôle majeur de cette matrice dans la décomposition des parois cellulaires des fibres. Pour citer cet article : G. Daniel et al., C. R. Biologies 327 (2004).