Approches génomique et fonctionnelle appliquées à l'étude de l'anhydrase carbonique d'Arabidopsis

par Nicolas Fabre

Thèse de doctorat en Microbiologie moléculaire et biotechnologies

Sous la direction de Gilles Peltier.


  • Résumé

    En catalysant l’interconversion du CO2 en bicarbonate, l’anhydrase carbonique (AC) conditionne la diffusion du CO2 et le fonctionnement des réactions de carboxylation dans de nombreux systèmes biologiques. Dans ce travail, nous avons réalisé une approche génomique et une approche fonctionnelle pour l’étude du rôle de l’AC chez Arabidopsis. L’expression des 6 gènes d’AC-β(AtβCA1-6) et de 3 des 8 gènes AC-AtαCA1-3 présents dans le génome de la plante modèle a été confirmée par RT-PCR, et caractérisée dans les différents organes de la plante, en réponse à des changements de la concentration atmosphérique en CO2, et en réponse à un stress hydrique. L’analyse de l’expression des gènes rapporteurs GUS et GFP sous le contrôle du promoteur du gène AtβCA1 révèle que l’expression d’AtβCA1 est exclusivement associée aux cellules du mésophylle. La localisation subcellulaire des AtCA a été analysée en utilisant le gène rapporteur GFP : AtβCA1 et AtβCA5 sont adressées au chloroplaste, AtβCA2 et AtβCA3 au cytosol, AtβCA4 à la membrane plasmique, AtβCA6 à la mitochondrie, et AtαCA1 à l'espace extracellulaire. La caractérisation de lignées d’insertion ADN-T (mutants simple et mutant double) et RNAi nous a permis de mettre en évidence le rôle des isoformes majoritaires AtβCA1 et AtβCA2 dans la croissance, particulièrement à faible concentration en CO2 environnant. Nous décrivons également un phénotype développemental marqué, compensé par l’augmentation de la concentration en CO2, pour une lignée d’insertion ADN-T dans le gène AtβCA5. L’isoforme correspondante a été produite chez E. Coli, et son activité AC a été démontrée.

  • Titre traduit

    Genomic and functional approaches applied to the study of carbonic anhydrase in Arabidopsis


  • Résumé

    Carbonic anhydrase (CA) catalyze the reversible hydration of CO2 and bicarbonate, thus making CO2 diffusion and carboxylation reactions easier in many biologic systems. In this study, we have combined a genomic and a functional approach to study carbonic anhydrase function in Arabidopsis. Using RT-PCR, the expression of the 6 -CA genes (AtCA1-6) and 3 of the 8 -CA (AtCA1-3) genes identified in the Arabidopsis genome have been confirmed, and characterized in several plant organs, in response to changing CO2 conditions, and to water deprivation. Expression analysis of the GUS and GFP genes under the AtCA1 promoter showed that AtCA1 expression is restricted to mesophyll cells. Subcellular locations of AtCAs have been investigated using the GFP reporter gene fused with cDNA sequences coding for AtCAs: AtCA1 and AtCA5 were targeted to the chloroplast, AtCA2 and AtCA3 to the cytosol, AtCA4 to the plasma membrane, AtCA6 to the mitochondria and AtCA1 to the extracellular space. Using T-DNA insertion mutants (including a double mutant) and RNAi mutant characterisation, we show that the two main carbonic anhydrase isoforms, AtCA1 and AtCA2 are related to growth when plant are grown at low atmospheric CO2 (150 ppm). We also describe a strong developmental phenotype for a T-DNA insertion line in AtCA5, which is compensated by increasing CO2 concentration. The corresponding isoform has been produced in E. Coli and shown to catalyse CO2 hydration.

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  • Détails : 1 vol. (100 f.+ 38 p. d'annexes)
  • Annexes : Bibliogr. : f.85-100

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  • Bibliothèque : Université Aix-Marseille (Marseille. Luminy). Service commun de la documentation. Bibliothèque de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 44542
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