Molecular study of Metal Tolerance Protein 1(MTP1) and Plant Defensins Type I (PDF1) gene sub-families : inference on their role in evolution of zinc hypertolerance in Arabidopsis halleri

par Zaigham Shahzad

Thèse de doctorat en Biologie Intégrative des Plantes

Sous la direction de Pierre Berthomieu.

Soutenue le 09-07-2010

à Montpellier, SupAgro , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec BPMP - Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes (laboratoire) .

Le jury était composé de Pierre Berthomieu, Guilhem Desbrosses, Françoise Gosti, Damien Blaudez.

Les rapporteurs étaient Nathalie Verbruggen, Alain Vavasseur.

  • Titre traduit

    Molecular study of Metal Tolerance Protein 1(MTP1) and Plant Defensins Type I (PDF1) gene sub-families : contribution à la compréhension des mécanismes moléculaires évolutifs liés à l'acquisition de la tolérance au zinc chez Arabidopsis halleri


  • Résumé

    A. halleri, est une espèce modèle pour l'étude des mécanismes moléculaires liés à l'évolution des caractères d'hypertolérance au zinc et d'hyperaccumulation de ce métal, car elle est phylogénétiquement proche d'A. thaliana qui est sensible au zinc et non-accumulatrice. Dans ce travail, nous avons caractérisé comparativement chez A. thaliana et chez A. halleri, deux sous-familles de gènes liés à l'homéostasie du zinc et ou à sa tolérance: Metal Tolérance Protein 1 (MTP1) et Plant Defensin type I (PDF1). Notre analyse génomique montre que le nombre de ces gènes est plus élevé chez A. halleri que chez A. thaliana confortant l'hypothèse actuelle reliant les duplications de gènes chez A. halleri à l'acquisition de son caractère d'hypertolérance. Mais, les résultats de nos études fonctionnelles ne vont pas dans ce sens, car ils montrent que, par exemple, certaines protéines AhMTP1 et AhPDF1 induisent une tolérance au zinc faible voire nulle lorsqu'elles sont testées dans la levure. Mais le résultat le plus marquant est que les transcrits de plusieurs gènes AhMTP1 et AhPDF1 ne sont pas détectables ou bien sont faiblement accumulés dans la plante. Nos résultats montrent donc que les gènes de ces sous-familles ne sont pas équivalents en ce qui concerne leur fonction dans la tolérance au zinc suggérant ainsi qu'ils sont le sujet de devenirs évolutifs différents. En dehors de leur contribution à la compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'évolution de la tolérance au zinc chez A. halleri, nos travaux sont également porteurs de développements biotechnologiques appliqués au zinc dans les domaines de la phytoremédiation et de la biofortification


  • Résumé

    A. halleri, is a model species to study molecular evolutionary mechanisms related to zinc hypertolerance and hyperaccumulation, due to its close relatedness with A. thaliana which is zinc sensitive and non-accumulator. Here, we comparatively characterised in both species, two zinc homeostasis and/or zinc tolerance related genes sub-families: the Metal Tolerance Protein 1 (MTP1) and the Plant defensins type I (PDF1). Genomic analyses revealed that the copy number of these genes is increased in A. halleri compared to A. thaliana. It was thus tempting to relate the acquisition of zinc hypertolerance in A. halleri to these gene duplications. However, the assumption was invalidated by functional analyses. For instance, some of the AhMTP1 or AhPDF1 proteins induced weak or no zinc tolerance to yeast. More importantly, transcripts of many AhMTP1 or AhPDF1 genes were either not accumulated or were very poorly expressed in A. halleri. These results indicate that different members of these gene sub-families are not equally functional. It is thus expected that these gene duplicates are undergoing different evolutionary fates regarding zinc tolerance. Besides helping to understand the molecular evolutionary mechanisms, studying zinc-related genes in A. halleri may also help developing strategies like phytoremediation and biofortification.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Montpellier SupAgro.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.