Analyse d'un double mutant de thiorédoxine réductase d'Arabidopsis thaliana : étude de la redondance fonctionnelle des régulations dithiol disulfure

par Talaat Bashandy

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Jean-Philippe Reichheld.

Soutenue en 2010

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) .


  • Résumé

    Intracellular redox status is a critical parameter determining plant development in response to biotic and abiotic stress. Thioredoxin (TRX) and glutathione are key regulation pathways of thiols redox homeostasis. The main goal of my PhD is to study the interplay between these two redox pathways. NAD(P)H-dependent thioredoxin reductases (NTR) are the reducers of cytosolic and mitochondrial TRX. In contrast to mammals, the inactivation of both NTR (ntra ntrb) in Arabidopsis do not lead to lethality. Ntra ntrb plants are fertile and only show a limited growth phenotype. We performed a transcriptomic analysis of the ntra ntrb mutant. Interestingly, we observed an overexpression of several genes implicated in the flavonoids biosynthesis leading to overaccumulation of flavonoids in the mutant and protecting the ntra ntrb mutant plants against UV radiations (Bashandy et al, Mol. Plant 2009). The GSH pathway was shown to play a major role in compensating the inactivation of NTR (Reichheld et al, 2007). To confirm genetically the role of GSH in absence of NTR we associated the ntra ntrb and the glutathione biosynthesis mutant cadmiumsensitive2 (cad2). Cad2 is a weak allele of the glutathione biosynthesis enzyme GSH1 gene, having a 30% glutathione content and being aphenotypic under normal growth conditions. We found that these two thiol reduction pathways interfere with developmental processes through modulation of auxin signaling. The triple ntra ntrb cad2 mutant develops almost normally at the rosette stage but failed to generate lateral organs from the inflorescence meristem, producing almost naked stems that were reminiscent of several mutants affected in polar auxin transport (PAT) or biosynthesis. The triple mutant exhibited other defects in processes regulated by auxin, including a loss of apical dominance, vasculature defects, and reduced secondary root production. Furthermore it has lower auxin (IAA) levels and decreased capacity for PAT, suggesting that the NTR and glutathione pathways alter both auxin transport and metabolism. Thus, our data provide a mechanism to fine-tune plant development in response to environmental constraints (Bashandy et al, Plant Cell 2010).

  • Titre traduit

    Analysis of a double thioredoxin reductase mutant in Arabidopsis thaliana : study of functional redundancies between dithiol/disulfide regulations pathways


  • Résumé

    L'état redox intracellulaire est un paramètre critique qui détermine le développement de la plante en réponse aux stress biotiques et abiotiques. Les thiorédoxines et le glutathion constituent des voies de régulation clef de l'homéostasie redox des thiols. Le but de mon projet de thèse est d'étudier les interconnexions entre ces deux voies de réduction des thiols. Les thiorédoxines réductases dépendantes du NAD(P)H sont les réducteurs des thiorédoxines cytosoliques et mitochondriales. Contrairement aux animaux, l'inactivation des deux NTR dans Arabidopsis n'est pas létale pour la plante. Les plantes mutantes ntra ntrb sont fertiles et ne présente qu'un phénotype de croissance ralentie. Nous avons effectué une analyse transcriptomique du mutant ntra ntrb et mis en évidence une surexpression de gènes de biosynthèse de flavonoïdes. Cette surexpresion s'accompagne d'une suraccumulation de flavonoïdes dans les plantes mutantes et améliore la résistance du mutant aux radiations UV (Bashandy et al, Mol. Plant 2009). Le glutathion joue un rôle important dans la compensation de l'inactivation des NTR (Reichheld et al, 2007). Pour confirmer génétiquement ce rôle, nous avons associé le mutant ntra ntrb au mutant de biosynthèse de glutathion cadmiumsensitive2 (cad2). Cad2 est un allèle faible dans le gène GSH1 codant une enzyme de biosynthèse du glutathion. Ce mutant contient 30 % de glutathion par rapport à une plante sauvage et est aphénotypique dans des conditions normales de culture. J'ai montré que les voies de réduction des thiols interfèrent avec le développement de la plante en modulant la signalisation de l'auxine. Le triple mutant ntra ntrb cad2 présente un développement végétatif peu perturbé mais est incapable de produire des organes floraux à partir du méristème de l'inflorescence. L'apex des tiges pratiquement nu rappelle celui de mutants perturbés dans le transport ou le biosynthèse de l'auxine. Le triple mutant présente d'autres perturbation dépendantes de l'auxine: perte de dominance apicale, vascularisation défectueuse, réduction des racines secondaires. Le mutant présente une diminution des niveaux d'auxine et de son transport actif, ce qui suggère que les voies de signalisations NTR et glutathion-dépendantes régulent le transport et le métabolisme de l'auxine. Nos résultats suggèrent un mécanisme de régulation fine du développement de la plante en réponse aux contraintes environnementales (Bashandy et al, Plant Cell 2010).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (179-[43] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 130-142

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  • Bibliothèque : Université Perpignan Via Domitia. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH 2010 BAS
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