Thèse de Doctorat de l’Université Montpellier 2
Lundi 9 décembre 2013
Amphi 2 (Bât 2 Bis) à 14h
Régulation et fonction des ferritines chez Arabidopsis thaliana : implication dans le développement racinaire
Guilhem Reyt
BPMP, équipe FeROS
Ecole Doctorale : SIBAGHE – Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences et Environnement
Spécialité : BIP – Biologie Intégrative des Plantes – UM2
Composition du jury :
Mme Cécile RAYNAUD, CR-CNRS, Examinateur
M. Laurent NUSSAUME, DR-CEA, Rapporteur
M. Thierry LAGRANGE, DR-CNRS, Examinateur
M. David WENDEHENNE, Prof.Université de Bourgogne, Rapporteur
M. Bruno TOURAINE, Prof. Université Montpellier 2, Examinateur
M. Frédéric GAYMARD, DR-INRA, Directeur de thèse
Résumé :
Le fer est un élément essentiel pour les cellules car il est le cofacteur de nombreuses protéines impliquées dans de multiples processus biologiques comme la photosynthèse et la respiration. Cependant, l’excès de fer peut être délétère pour la cellule, car il peut réagir avec l’oxygène pour former des espèces réactives de l’oxygène (ROS). Les ferritines sont des protéines chloroplastiques codées par le génome nucléaire permettant de stocker le fer en excès sous forme non toxique. Chez les végétaux, la synthèse des ferritines est majoritairement régulée au niveau transcriptionnel en réponse au fer contrairement aux animaux où elle est majoritairement régulée au niveau post-transcriptionnel. Toutefois, une régulation post-transcriptionnelle a été mise en évidence pour le gène de ferritine AtFer1. L’ARNm d’AtFer1 est déstabilisé en réponse à un stress oxydatif généré par un excès de fer. Cette régulation fait intervenir un élément cis nommé DST (DownSTream) localisé dans la région 3′ transcrite non traduite de ce transcrit (3’UTR). Chez deux mutants précédemment identifiés comme agissant en trans (dst1 et dst2), cette régulation est affectée. Une caractérisation physiologique de ces mutants a permis de montrer que cette voie de dégradation est un mécanisme essentiel contrôlant la physiologie et la croissance de la plante en réponse à un stress oxydatif. D’autre part, l’expression d’AtFer1 ainsi que d’autres gènes codant des protéines chloroplastiques est régulée par un acteur de la machinerie de dégradation des ARNm, l’exoribonucléase XRN4. Ces ARNm codant des protéines chloroplastiques seraient localisés à la surface des chloroplastes. Cette localisation ferait intervenir des acteurs de la machinerie de dégradation des ARNm. La localisation subcellulaire du transcrit AtFer1 a été estimée par deux approches. L’ARNm d’AtFer1 a été visualisé par une technique d’imagerie, l’hybridation in situ révélé par fluorescence (FISH) (i). L’accumulation d’ARNm codant des protéines chloroplastiques a été évaluée dans deux fractions (chloroplastes isolés et feuilles entière) afin de savoir si certain ARNm se retrouvent enrichis dans la fraction chloroplastique (ii). Les résultats obtenus suggèrent que l’ARNm d’AtFer1 serait localisé autour des chloroplastes, cependant cette localisation ne semble pas être affectée chez le mutant xrn4. Enfin, ce travail a permis de caractériser la régulation et la fonction des ferritines dans les racines d’Arabidopsis. Le fer en excès induit la synthèse de ferritines dans les racines, AtFer1 puis AtFer3 sont les gènes de ferritines les plus exprimés dans cet organe. Les racines de plantes cultivées en excès de fer présentent des spots de fer dans les cellules de l’endoderme et du péricycle, là où l’expression des gènes AtFer1 et AtFer3 est retrouvée. Ces spots sont absents dans un triple mutant fer1-3-4. L’excès de fer diminue la longueur de la racine primaire de manière indépendante des ferritines. Par contre, l’excès de fer modifie la densité et l’élongation des racines latérales, ces deux modifications requièrent la présence des ferritines. Lors d’un excès de fer, les ferritines participent à la mise en place du gradient de H2O2 et de O2.- entre les zones de prolifération et de différentiations. Ce gradient est impliqué dans le contrôle la croissance racinaire.