Caractérisation physiologique et génétique de la signalisation par le nitrate chez arabidopsis thaliana

par Theodoros Matakiadis

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Hoai-Nam Truong.

  • Titre traduit

    Genetic and physiologic analysis of nitrate signalling in arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Le nitrate en plus de son rôle de source d’azote pour les plantes joue un rôle de signalisation dans beaucoup de processus développemntaux chez les plantes et au niveau moléculaire contrôle l’expression de nombreux gènes intervenant dans différentes voies métaboliques. Dans cette thèse deux approches ont été développées pour étudier la signalisation par le nitrate chez Arabidopsis thaliana. Dans une première partie nous avons caractérisé un mutant potentiel de signalisation par le nitrate. Un criblage basé sur l’utilisation du gène rapporteur de la luciférase en fusion transcriptionnelle avec le gène de nitrite réductase foliaire NII1 de tabac a permis d’isoler le mutant 14. 5sep. Il surexprime le gène endogène de nitrite réductase lorsqu’il est cultivé sur un milieu contenant du nitrate ou à base de glutamine ainsi que les gènes NIA codant pour la nitrate réductase (NR) mais présente une activité NR réduite. Il est chlorotique et son développement est retardé par rapport à des plantes contrôles. Nous avons identifié par clonage positionnel la mutation affectant le mutant 14. 5sep et confirmé au niveau génétique que ce mutant était allélique au mutant fry2-1. La caractérisation physiologique et transcriptomique du mutant 14. 5sep a permis de confirmer qu’il présentait certains traits déjà décrits auparavant pour le mutant fry2-1. Nos analyses transcriptomiques ont aussi confirmé l’importance du gène FRY2 dans la régulation de l’expression de nombreux gènes répondant à des stress biotiques ou abiotiques. Ces données soulignent ainsi les interconnexions possibles entre le stress, le métabolisme azoté et la signalisation par le nitrate. La deuxième approche s’est focalisée sur l’étude de l’effet du nitrate sur la dormance des graines d’Arabidopsis. Nous avons montré que le nitrate levait la dormance des graines d’Arabidopsis (Col-0) en réduisant leur teneur en acide abscissique (ABA). Le nitrate présent dans le milieu de germination (nitrate exogène) réduisait la teneur en ABA dans les graines imbibées ou dans les graines sèches lorsqu’il est fourni aux plantes-mères lors du développement des graines (nitrate endogène). Des analyses transcriptomiques de graines traitées au nitrate ont montré que le gène CYP707A2 impliqué dans la dégradation de l’ABA était induit par le nitrate exogène. L’analyse physiologique du mutant cyp707a2-1 a montré que contrairement aux graines sauvages il n’y a pas de baisse de la teneur en ABA dans ces graines mutantes en réponse au nitrate exogène et endogène. Nous avons ainsi montré le rôle central du gène CYP707A2 dans le contrôle par le nitrate des teneurs des graines en ABA au cours du développement de la graine et pendant la germination. Finalement nous présenterons quelques données préliminaires sur l’effet de la nutrition azotée des plantes-mères sur la composition des graines. Nous avons pu mettre en évidence des composés dont l’accumulation dans les graines semble répondre à une signalisation ou à un effet nutritionnel du nitrate.


  • Résumé

    Nitrate in addition to its role as nitrogen source has also a role as a signalling molecule controlling several aspects of plant development as well as regulating genes involved in nitrate assimilation and plant growth. In this study two different approaches were used to investigate the role of nitrate as signal in Arabidopsis thaliana. The 14. 5sep mutant was isolated on the over-expression of the endogenous NII gene both on nitrate and glutamine in a screen based on the expression of the Luc gene. 14. 5sep mutant present a slower development and a chlorotic phenotype compared to control plants. The mutant also, over-expressed the NIA genes, but displayed lower total nitrate reductase activity than wild type. Fine mapping showed that 14. 5sep is mutated in FRY2 gene, a stress responsive gene. Further characterization of this mutant by physiological and transcriptomic analysis took place, confirming partly some of the traits described in previous studies for the fry2-1 mutant. The second approach is based on the study of nitrate effect on A. Thaliana seeds dormancy. We found that nitrate releases seed dormancy in A. Thaliana Col-0 seeds by reducing abscisic acid (ABA) levels. Nitrate led to lower levels of ABA in imbibed seeds when included in the germination media, but also in dry seeds when provided to mother plant nutrition. Transcriptomic analyses showed that the expression of the ABA-catabolic gene CYP707A2 was regulated by exogenous nitrate. The use of cyp707a2-1 mutant, which failed to reduce ABA levels in response to both exogenous and endogenous nitrate, provided information underlining the central role of the CYP707A2 gene in the nitrate controlled ABA levels during seed development and germination.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (133 f.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 108-130

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2008)320
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