Thèse de Doctorat de l’Université de Montpellier

vendredi 11 décembre 2020, à 14h00 –Campus de La Gaillarde- salle bibliothèque de BPMP sans publique en présentiel et en visioconférence

Rôle des nanodomains de Rho GTP-ase dans la régulation de signalisation cellulaire des plantes

Ecole Doctorale : GAIA – Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Spécialité : BIDAP –
Biologie, Interactions, Diversité Adaptative des Plantes
Etablissement :
Université de Montpellier

Equipe: Aqua

devant le jury composé de :

Christophe MAUREL DR1 CNRS-Montpellier Directeur de thèse
Cyril ZIPFEL Professor University of Zurich Rapporteur
Sébastien MONGRAND Directeur de recherche CNRS-Bordeaux Rapporteur
Gwyneth INGRAM Directeur de recherche CNRS,ENS-Lyon Examinateur
Stéphane MARI Directeur de recherche INRAE-Montpellier Examinateur
Alexandre MARTINIèRE Chargé de recherche CNRS-Montpellier Co-encadrant de thèse

Résumé:

La perception en continue de l’environnement est crucial pour la croissance et le développement des plantes. Dans le cas de la contrainte hydrique, les plantes ont développé des réponses à court terme (régulation rapide de l’ouverture stomatique et de l’hydraulique tissulaire) et à long terme (altération de l’architecture du système racinaire et abscission foliaire). Malgré leur rôle central, les événements cellulaires précoces qui conduisent à ces réponses adaptatives sont largement inconnus. Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) constituent une des premières réponses cellulaire et sont des messagers secondaires cruciaux lors de la signalisation osmotique. Ainsi, la principale question de cette thèse est de disséquer la transduction moléculaire en amont de la production de ROS et, in fine, la perception du stimulus osmotique.
La membrane plasmique (MP) est le principal coordinateur de nombreux complexes de la signalisation environnementale. La cellule répond à la contrainte hyperosmotique par l’accumulation d’espèces réactives d’oxygène (ROS) produites par les enzymes de la famille des Rboh (Respiratory Burst Oxidase Homolog), et une voie additionnelle qui associe le fer apoplasique et sa réduction par l’ascorbate (Martiniere et al., 2019). En combinant des approches génétiques et des techniques de microscopie, nous avons démontré que la Rho GTPase ROP6 (Rho of Plants 6) d’Arabidopsis est nécessaire et suffisant pour la production de ROS dans des cellules en réponses osmotiques. De plus, nous avons montré que ROP6 contrôlé un certains nombre de réponses cellulaires et tissulaires en aval de la production de ROS. Nous avons ensuite démontré le mécanisme par lequel ROP6 peut réguler directement la production de ROS. ROP6 recrute ses effecteurs, RbohD et RbohF, dans des nanodomaines spécialisés de la MP. En effet, on sait que ROP6 participe également à la signalisation de l’auxine. Mais, alors que ce stimulus induit la formation de nanodomaines ROP6, les protéines effectrices Rboh sont absentes de ces nanodomaines. Par conséquent, l’auxine n’induit pas d’accumulation de ROS dans les cellules. Cela montre que la nano-organisation dans la membrane d’une même isoforme de ROP peut coder pour la spécificité du signal. Ce travail a également démontré le rôle crucial de l’un des activateurs des ROP dans le cycle GTP-ase, le facteur d’échange de nucléotides guanine (GEF), la GEF14. Il semble que GEF14 pourrait être l’activateur spécifique de ROP6 dans un environnement soumis à un stress osmotique. Les petites Rho des plantes agissent classiquement en aval des récepteurs membranaires. Chez les plantes, on sait que les récepteurs kinases de la famille Catharanthus roseus (CrRLK) participent à la perception de l’environnement de la paroi cellulaire qui est fortement impacté lors d’un stress hyperosmotique. En utilisant des méthodes d’imagerie à super-résolution, nous avons démontré que Feronia, un membre typique de CrRLK, est nécessaire mais pas suffisant pour la signalisation osmotique en régulant indirectement la diffusion de ROP6. D’autres études ont révélé que la phosphatidylsérine (PS), un lipidique anionique connu pour affiner la dynamique spatio-temporelle des ROPs (Platre et al., 2019), peut être régulée par Feronia. Nos observations suggèrent que Feronia est capable d’agir quantitativement sur la signalisation ROP grâce à la régulation de la quantité de PS à la membrane et son regroupement en nanodomaines. Elle agit donc comme un rhéostat sur la signalisation ROPs. Ce travail a révélé l’importance de la dynamique des protéines au sein de la MP pour le fonctionnement de la signalisation Rho GTPase des plantes que ce soit à la fois pour déterminer la spécificité du signal mais également pour l’intégration des signaux.