Ann. For. Sci. 59 (2002) 679-685
DOI: 10.1051/forest:2002056

Differentiation of xylem cells in rolC transgenic aspen trees - a study of secondary cell wall development

Claudia Grünwald^a, Katia Ruel^b and Uwe Schmitt<sup>c

a</sup>  Institute for Wood Biology, University of Hamburg, Leuschnerstr. 91, 21031 Hamburg, Germany
^b  Centre de Recherches sur les Macromolécules Végétales (CERMAV)-CNRS, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9, France
^c  Institute for Wood Biology and Wood Protection, Federal Research Centre for Forestry and Forest Products, Leuschnerstr. 91, 21031 Hamburg, Germany

(Received 16 August 2001; accepted 21 January 2002)

Abstract
Xylem cell differentiation of 35S-rolC transgenic aspen was analyzed and compared with wild type trees. The transgenic trees, mainly characterized by dwarfism and physiological alterations, did not show distinctive differences in the structure and chemical composition of xylem cell walls as compared with the wild type trees. However, there was a difference in the dynamics of differentiation. In the transgenics the formation of xylem cells was delayed and the differentiation zone reduced to a few rows. PATAg and KMnO ₄ staining in electron microscopy as well as UV-microspectrophotometry revealed that in the transgenics during secondary wall formation polysaccharides and lignin were simultaneously deposited close to the cambium. Immunocytochemical techniques have visualized the first deposition of condensed lignin in cell corners and of non-condensed lignin in secondary walls near cell corners. Because of altered formation and differentiation of xylem cells, 35S-rolC transgenic aspen may be useful to study factors controlling the differentiation continuum.

Résumé
Différenciation des cellules du xylème chez le peuplier transgénique 35S-rolC - une étude de la formation des parois secondaires. La différenciation des cellules du xylème du peuplier transgénique 35S-rolC a été analysée et comparée à celle du peuplier non transformé. Les arbres transgéniques nains, qui se caractérisent par des altérations physiologiques et morphologiques ne présentaient pas de différences dans leur architecture ni dans la composition des parois des cellules du xylème par comparaison avec les plantes normales. En revanche, on a pu observer une différence dans la dynamique de la différenciation. Dans les arbres transgéniques, la formation des cellules du xylème est retardée et la zone de différenciation est réduite à quelques rangées de cellules. De ce fait, la formation et la lignification de la paroi secondaire ont pu être observées dans des cellules moins développées que dans le peuplier normal ainsi que cela a été mis en évidence par microspectrophotométrie-UV et par les contrastants PATAg et KMnO ₄ en microscopie électronique à transmission. Des analyses immunocytochimiques ont révélé la toute première déposition de lignines condensées dans les jonctions intercellulaires et de lignines non condensées dans les parois secondaires adjacentes aux triangles de jonctions. Ces altérations dans la formation et la différenciation des cellules du xylème font du peuplier transgénique 35S-rolC un matériel utile pour l'étude des facteurs contrôlant le continuum de différenciation.

Key words: Populus / rolC / wood formation / lignification / electron microscopy / immunogoldlabelling / UV-microspectrophotometry

Mots clés : Populus / rolC / formation des cellules du xylème / lignification / microscopie électronique à transmission / immunocytochimie / microspectrophotométrie-UV

Correspondence and reprints: Claudia Grünwald Tel.: + 49 40 73962 444; fax: + 49 40 42891 2835; gruenwald@holz.uni-hamburg.de

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