Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

Mardi 22 décembre 2021 à 14h00

à 14h00 – Campus de La Gaillarde- salle bibliothèque de BPMP sans public en présentiel et en visioconférence

Etude des mécanismes moléculaires contrôlant l’homéostasie du fer chez les plantes
Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP – Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes

Etablissement : L’institut Agro – Montpellier SupAgro
Unité de recherche : UMR 5004 – BPMP – Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes
devant le jury composé de :
Jacqueline GRIMA-PETTENATI, Directrice de recherche INRAE, LRSV, Toulouse, Rapporteur
Sébastien THOMINE, Directeur de recherche, I2BC, Gif-sur-Yvette, Rapporteur
José GENTILHOMME, Maitre de conférence, IRHS, Angers, Examinateur
Loïc LEPINIEC, Directeur de recherche INRAE, IJPB, Versailles, Examinateur
Gabriel KROUK, Directeur de recherche CNRS, BPMP, Montpellier, Examinateur
Résumé :
Le fer (Fe) est un micronutriment essentiel pour les plantes. Cependant, la disponibilité du Fe pour ces dernières est faible, en particulier dans les sols neutres ou alcalins, provoquant des défauts de croissance et une perte de rendement. Pour maintenir l’homéostasie du Fe, et donc prévenir toute carence ou tout excès qui pourrait être préjudiciable, les plantes ont développés des réseaux de régulation transcriptionnels complexes pour contrôler finement les mécanismes permettant l’absorption, le transport, l’assimilation et le stockage de ce micronutriment. Chez les mammifères, un mécanisme post-transcriptionnel intégré régule à la fois la réponse à la carence et à l’excès de Fe. Afin de déterminer si chez les plantes un mécanisme similaire existe, différentes approches moléculaires, génétiques et biochimiques ont été mises en œuvre. Par ce biais, nous avons démontré que bHLH105/ILR3 (bHLH de type IVc), un activateur transcriptionnel de la réponse à la carence en Fe chez Arabidopsis thaliana, agissait également comme un répresseur de l’expression des gènes de ferritine, qui sont des marqueurs de la réponse à l’excès de Fe. Nous avons aussi démontré qu’ILR3 pouvait réprimer directement l’expression de plusieurs gènes structuraux impliqués dans le maintien de l’homéostasie du Fe et que l’activité répressive d’ILR3 était conférée par sa dimérisation avec bHLH47/PYE. En raison du rôle central d’ILR3 dans le contrôle de l’homéostasie du Fe, nous avons mené des expériences de Co-IP LC-MS/MS pour identifier de nouveaux acteurs potentiels impliqués dans ce processus. Via cette stratégie, bHLH121 a été identifié comme interagissant avec ILR3 et ses trois plus proches homologues (i.e. bHLH34, bHLH104 et bHLH115). Le mutant perte de fonction bhlh121 présente une forte sensibilité à la carence en Fe, un contenu en Fe réduit et une atténuation de l’expression de la plupart des gènes impliqués dans le contrôle transcriptionnel de l’homéostasie du fer (i.e. les facteurs de transcription PYE et bHLH de type Ib bHLH38, bHLH39, bHLH100 et bHLH101, les ubiquitine ligases BTS et BTSL1 ou les peptides IMA1 et IMA2). Des expériences de ChIP-qPCR ont permis de confirmer que bHLH121 pouvait se lier directement au promoteur de ces régulateurs transcriptionnels mais pas à celui de FIT/bHLH29. Nous avons par ailleurs constaté que bHLH121 est exprimé dans tous les organes de la plante et que son expression n’est pas affectée par la disponibilité du Fe. En revanche, nous avons montré que la disponibilité en Fe affecte la localisation cellulaire de la protéine bHLH121 dans les racines. Dans leur ensemble, ces données ont permis de démontrer que bHLH121 est un régulateur clé de l’homéostasie du Fe qui agit en amont de FIT et des facteur bHLH de type Ib en concert avec ILR3 et ses homologues les plus proches. Afin de déterminer comment les bHLH IVc et bHLH121 fonctionnent de concert pour réguler leurs gènes cibles, et donc l’homéostasie Fe, nous avons généré des doubles mutants entre bhlh121 et les bhlhs de type IVc. Nous avons constaté que ces doubles mutants présentaient des défauts de croissance plus prononcés, en accord avec des niveaux d’accumulation en Fe plus faible, que ceux des mutants simples dans des conditions à la fois de suffisance et de carence en Fe. Des analyses d’expression ont permis de démontrer que les doubles mutants présentaient des réponses à la carence en Fe beaucoup plus altérées que les simples mutants. Nous avons par ailleurs observé que la surexpression de bHLH34 et bHLH105 était suffisante pour complémenter partiellement le mutant bhlh121 et que ce phénomène reposait notamment sur une induction de l’expression de bHLH39 et FIT. Pris dans leur ensemble, ces résultats indiquent que bHLH121 et les bHLH de type IVc fonctionnent de manière coordonnée pour réguler l’homéostasie Fe.