Etude de la fonction du facteur de transcription sigma3 chez arabidopsis thaliana

par Ouafa Zghidi

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Silva Lerbs-Mache.

Soutenue en 2008

à l'Université Joseph Fourier (Grenoble) .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Trois ARN polymérases sont responsables de la transcription du génome plastidial. L'une d'entre elle, la PEP (Plastid-Encoded RNA Polymerase), est de type eubactérien et multimérique. Cette enzyme interagit avec des facteurs de transcription de type sigma au niveau des régions promotrices des gènes cibles. Chez Arabidopsis thaliana, six facteurs sigma sont codés par des gènes nucléaires et sont localisés dans les plastes. Nous avons étudié la fonction du facteur sigma 3 (SIG3), à l'aide de mutants d'insertion d' ADN- T d'Arabidopsis. L'analyse du profil d'expression des gènes plastidiaux (transcriptome) par puce à ADN nous a permis de montrer que le complexe PEP/SIG3 transcrit spécifiquement le gène psbN et régule l'expression des gènes atpH, atpA, atpE, atpF et atpB. Le gène psbN se trouve sur le brin opposé de l'opéron psbB, entre les gènes psbT et psbH. L'expression de psbN produit des ARNs antisens de psbT. Des expériences de protection à la RNase A/Tl nous permettent de suggérer que les transcrits sens et antisens de psbT forment in vivo un ARN double brin. Nous avons montré que chez le mutant sig3, le transcrit antisens de psbT est totalement absent alors que la protéine PsbT est plus abondante par rapport au sauvage. Ces résultats suggèrent que la formation d'un ARN double brin psbT sens/antisens diminue l'efficacité de la traduction de la protéine PsbT. Ainsi, le complexe SIG3-PEP, en reconnaissant spécifiquement le promoteur du gène psbN. Permet la synthèse de transcrits complémentaires à psbT ce qui constitue un outil de régulation de l'expression de la protéine PsbT. Les gènes atpH et atpB font partie respectivement de l'opéron atpI/atpHlatpF/atpA et l'opéron atpB/atpE. En utilisant la spectinomycine, nous avons montré que l'expression des différents gènes codant les sous unités de l'A TP synthase plastidiale est exclusivement contrôlée par l'ARN polymérase plastidiale, PEP. Nous avons ensuite analysé l'expression de ces opérons dans le mutant sig3. Le gène atpH code la sous unité CFo-III du complexe de l'ATP synthase, 5-12 fois plus abondante que les autres sous unités. Le gène atpB code la sous unité du complexe CFI de l'ATP synthase. Nous avons observé par puce à ADN chez la plante sauvage que l'accumulation de l'ARNm atpH est 5 à 12 fois plus importante que les autres transcrits codant les sous unités de l'ATP synthase. Nous avons montré que l'ARNm atpH est produit soit par co-transcription des gènes atpI/atpH soit par transcription à partir d'un promoteur (PatpH-413) reconnu par le complexe SIG3-PEP. Nous suggérons ainsi que le complexe PEP/SIG3 pourrait participer par la régulation transcriptionneIle de l'expression du gène atpH à l'établissement de la stœchiométrie de l'A TP synthase plastidiale chez Arabidopsis tha/iana. Par contre, l'opéron atpB/atpE est transcrit à partir de deux promoteurs: PatpB -520 et PatpB -467. Seul le promoteur PatpB -467 est sous le contrôle du facteur SIG3. Ces résultats suggérent donc que le facteur SIG3 régule de manière plus atténuée l'expression de l'opéron atpB/atpE.


  • Résumé

    We have investigated the function of one of the six plastid sigma-like transcription factors, sigma 3 (SIG3), by analysing two different Arabidopsis T-DNA insertion lines having disrupted SIG3 genes. Hybridization of wild-type and sig3 plant RNA to a plastid specific microarray revealed a strong reduction of the plastid psbN mRNA. The microarray result has been confmned by northem blot analysis. The SIG3-specific promoter region has been localized on the DNA by primer extension and mRNA capping experiments. Results suggest tight regulation of psbN gene expression by a SIG3-PEP holoenzyme. The psbN gene is localized on the opposite strand of the psbB operon, between the psbT and psbH genes, and the SIG3-dependent psbN transcription produces antisense RNA to the psbT-psbH intergenic region. We show that this antisense RNA is not limited to the intergenic region, i. E. It does not terminate at the end of the psbN gene but extends as antisense transcript to cover the whole psbT coding region. Thus, by specific transcription initiation at the psbN gene promoter, SIG3-PEP holoenzyme could also influence the expression of the psbB operon by producing psbT antisense RNA. We have found that transcription of atpH, was also strongly reduced in sig3 mutant plants. Ln addition, a group of other genes also showed a decrease in transcription levels in sig3 plants. Interestingly, aIl these genes belong to two distinct operons, atpA (containing the atpIIHIF / A genes) and atpB (containing the atpBIE genes), and code for subunits of the ATP synthase. We have characterized the 5' extremities of the transcripts coded by the two atp operons by using primer extension technique. Furthermore, in order to determine transcription starts, we have distinguished primary and secondary transcripts by performing S'-RACE in combination with treatment of mRNAs with tobacco acid pyrophosphatase (T AP). We have also identified the transcriptional systems that are involved in synthesis of the atpA and atDB ooeron RNAs. Bv comoaring transcriots in olants that were deficient in either the PEP (bv treatment with spectinomycin, a inhibitor of chloroplast translation) we found that the PEP polymerase is the only responsible for thetranscription ofboth atpA and atpB operons. Further investigations have shown that SIG3 is probably the main sigma factor responsible for the transcription of both Qperons, especially it recognizes the promoter sequences upstream to the atpH and atpB genes. We speculate that SIG3 may coordinate the synthesis ofall the subunits of the ATP synthase in chloroplast.

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  • Détails : 1 vol. (130 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 130 réf.

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  • Cote : TS08/GRE1/0087/D
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