Caractérisation fonctionnelle de la famille CYP98 de cytochromes P450 chez Arabidopsis thaliana

par Nawroz Abdul Razzak

Thèse de doctorat en Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie

Sous la direction de Danièle Reichhart.

Soutenue en 2006

à l'Université Louis Pasteur (Strasbourg) .


  • Résumé

    De manière simultanée, l’analyse des banques de données et un criblage génétique ont récemment permis d’identifier les cytochromes P450 appartenant à la famille CYP98 comme la classe d’enzymes qui catalysent l'étape de meta-hydroxylation dans la voie de phénylpropanoïdes. Les substrats de cette étape de meta-hydroxylation sont les esters de shikimate ou de quinate de l’acide p-coumarique. Trois gènes appartenant à la famille CYP98, CYP98A3, CYP98A8 et CYP98A9, sont présents dans le génome d’Arabidopsis thaliana. Le rôle du gène CYP98A3 in vivo a été confirmé par une analyse génétique et biochimique d’un mutant EMS. L'analyse de ce mutant EMS, ainsi que le profil d’expression de CYP98A3 démontrent la participation de ce dernier dans la biosynthèse des monomères de lignines. Nous avons construit et caractérisé différentes lignées transgéniques d'A. Thaliana sousexprimant et surexprimant les trois gènes appartenant à la famille CYP98. Comme attendu, les lignées sousexprimantes CYP98A3 (mutants ADN-T et co-supprimés) ont une teneur réduite en lignine dont la composition est modifiée (lignine H, au lieu de G/S). Le développement de ces plantes est fortement réduit. Les raisons de la réduction et de l'inhibition du développement de ces mutants ont été analysées. Les résultats de cette analyse indiquent qu’il existe un impact direct de précurseurs phénoliques meta-hydroxylés sur la croissance cellulaire. Ils indiquent également l'existence d'une voie alternative de meta-hydroxylation des composés phénoliques chez A. Thaliana. Le rôle de précurseurs phénoliques meta-hydroxylés sur la croissance de la plante et l’expansion cellulaire est confirmée par l'analyse des plantes sauvages traitées par coumaroyl shikimate et caféoyl shikimate et des mutants surexprimants CYP98A3. L'impact de la surexpression sur le développement (taille, biomasse et production de graines), et la lignification, ainsi que sur la composition des graines a été évalué. L'expression du gène CYP98A3 est détectée principalement dans les tissus lignifiés. L’analyse de plantes transformées par des constructions promoteur-GUS montre que CYP98A8 et CYP98A9 sont exprimés exclusivement dans les étamines des jeunes bourgeons floraux, au niveau des cellules du tapetum. L'expression de CYP98A9 est également induite par le stress biotique et abiotique. L'analyse de la résistance des plantes sousexprimantes et surexprimantes CYP98A9 montre que CYP98A9 joue un rôle important dans la protection des plantes contre les pathogènes bactériens et fongiques.

  • Titre traduit

    Functional characterization of the family CYP98 of cytochromes P450 at Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Together in silico and genetic mining approaches have recently designated the CYP98 family of plant cytochromes P450 as the family of enzymes that catalyzes the meta-hydroxylation step in the phenylpropanoid pathway. The meta-hydroxylation of phenolic precursors proceed via shikimate or quinate esters. Three genes belonging to the CYP98 family, CYP98A3, CYP98A8 and CYP98A9, have been reported in Arabidopsis thaliana. Analysis of EMS mutants and expression analysis demonstrated the involvement of CYP98A3 in the synthesis of lignin monomers. In this work, different Arabidopsis transgenic lines down-regulated ou up-regulated for the three genes belonging to the CYP98 family have been investigated. As expected the CYP98A3 down-regulated lines (nul and co-suppressed mutant) showed altered lignin content and composition (H lignin instead of G/S lignin). These plants also exhibited a strikingly reduced size. The reasons for the changes in plant size and inhibition of development are analysed. This analysis indicated a direct impact of meta-hydroxylated phenolic precursors on cell growth. This analysis also revealed the existence of an alternative meta-hydroxylation pathway in A. Thaliana. A role of meta-hydroxylated phenolic precursors in cell and plant growth is confirmed by the analysis of wild-type traitement with coumaroyl shikimate and caffeoyl shikimate and the analysis of overexpression mutants of CYP98A3. Plant development, biomass, and seed production was significantly increased by CYP98A3 overexpression. The impact on lignification and seed compositions was assessed. The CYP98A3 gene expression is manly detected in lignifying tissues. We showed, using promoter-GUS transformants that the CYP98A8 and CYP98A9 are expressed only in stamen (tapetum and developing pollen grain) in the young floral buds. CYP98A9 expression is also induced by biotic and abiotic stress. Analysis of stress resistance of CYP98A9 overexpressing and silenced mutants demonstrated that it plays a significant role in the plant protection against bacterial and fungal pathogens and abiotic stress.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (196 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 123-158

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2006;5055
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