Les tiges de maïs font partie des résidus de culture les plus abondants produits chaque année. Elles sont riches en cellulose, ce qui les rend intéressantes pour les bioraffineries. Cependant, comme d'autres biomasses lignocellulosiques, la valeur des tiges de maïs est limitée par leur récalcitrance intrinsèque, qui empêche une dégradation enzymatique efficace des polymères de la paroi cellulaire. La récalcitrance résulte de la combinaison de nombreux facteurs multi-échelles conférés par l'association étroite des constituants de la paroi cellulaire (cellulose, hémicelluloses et lignine). Afin de réduire la récalcitrance de la lignocellulose, des prétraitements, tels que le prétraitement à l'eau chaude, sont effectués en amont de l'hydrolyse enzymatique.
Dans la plupart des études, l'effet du prétraitement/hydrolyse enzymatique sur les propriétés de la lignocellulose est étudié en utilisant la biomasse entière sous forme de poudre. L'examen du profil de dégradation enzymatique des différents types de cellules en relation avec la composition et les propriétés de leur paroi cellulaire pourrait ainsi permettre d'identifier les paramètres impliqués dans la récalcitrance de la paroi cellulaire.
C'est pourquoi nous avons combiné la microspectrométrie infrarouge, la spectrométrie de masse, le FRAP et l'imagerie de fluorescence pour étudier l'hydrolyse enzymatique à l'échelle de la cellule dans un entre-nœud de maïs. En fonction de la composition et de l'organisation de leurs polymères, les types de cellules présentent une étendue et un taux de dégradation enzymatique différents. Les enzymes agissent de manière séquentielle depuis les parois cellulaires riches en cellulose accessible jusqu'aux cellules les plus récalcitrantes. Ce phénomène pourrait être lié à la distribution hétérogène des enzymes dans le milieu liquide et aux mécanismes d'adsorption/désorption qui diffèrent selon le type de cellule. Ceci ouvre une nouvelle voie pour étudier d'autres types de biomasses/traitements en lien avec l'activité enzymatique.
Ce travail fait partie de la thèse réalisée par Amandine Leroy à ravers à une collaboration étroite entre le laboratoire FARE, le BIA (Nantes), la plateforme BIBS et le synchrotron SOLEIL, avec un financement de la Région Grand Est et du Grand Reims.
Lire : Leroy A, Devaux M-F, Fanuel M, Chauvet H, Durand S, Alvarado C, Habrant A, Sandt C, Rogniaux H, Paës G et Guillon F. L'imagerie en temps réel de la dégradation enzymatique d'entrenœuds de maïs prétraités révèle que différents types de cellules ont des profils différents. Bioresource Technology 2022, 353, 127140. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127140

Contact : Dr Gabriel Paës, gabriel.paes@inrae.fr