Cell biology and role of TAS3-derived trans-acting small interfering RNA during Arabidopsis thaliana development

par Virginie Jouannet

Thèse de doctorat en Sciences du végétal

Sous la direction de Alexis Maizel.

Le président du jury était Michel Dron.

Le jury était composé de Alexis Maizel, Michel Dron, Thierry Lagrange, Ive De Smet, Patrick Laufs.

Les rapporteurs étaient Thierry Lagrange, Ive De Smet.

  • Titre traduit

    Biologie cellulaire et rôle au cours du développement d'Arabidopsis thaliana des trans-acting small interfering RNA produits par TAS3


  • Résumé

    L'interférence ARN est un ensemble de mécanismes de régulation essentiel pour denombreux processus au cours du développement. Ces mécanismes sont caractérisés par lʼinhibition séquence-spécifique de lʼexpression de gènes via lʼaction de petites molécules dʼARN. Parmi les différentes voies de l'interférence ARN, la voie des trans-acting siRNAs dérivés du précurseurTAS3,qui combine des caractéristiques des voies des miRNAs et siRNAs, est spécifique des plantes et en contrôle divers aspects essentiels du développement. Dans cette voie, AGO7, un membre de la famille des protéines ARGONAUTE, interagit spécifiquement avec miR390 pour cibler et cliver le transcrit TAS3 amorçant ainsi la production de tasiARFs par lʼaction de SGS3, RDR6 et DCL4. Cette voie est conservée chez toutes les plantes terrestres. Par leur activité de répression sur des membres des facteurs de réponse à l'auxine ARF2, ARF3 et ARF4, les tasiARFS contrôlent la transition de phase et la régionalisation des feuilles. Notre laboratoire et dʼautres ont montré que TAS3 était également exprimé dans la racine dʼArabidopsis, posant la question du rôle joué par la voie TAS3dans le développement des racines. Nous avons établi que la voie TAS3, par lʼaction des tasiARFs, joue un rôle essentiel dans le contrôle de la croissance des racines latérales. Nous avons démontré que la voie TAS3 agit en aval de lʼauxine pour maintenir la correcte zone et abondance des facteurs de réponse à l'auxine, ARF2, ARF3 et ARF4. De plus nous avons élucidé un ensemble complexe de rétroactions de ces ARFs sur lʼexpression de miR390. Bien que les mécanismes de la voie TAS3 ont été identifié par divers screen génétiques, notre connaissance de lʼorganisation subcellulaire de cette voie reste essentiellement méconnue. Pour cette raison, nous avons choisi dʼétudier la localisation subcellulaire de la voie TAS3, en nous focalisant sur AGO7 qui en constitue un composant spécifique. Nous avons montré que AGO7, RDR6 et SGS3 sʼaccumulent dans des focicytoplasmiques spécifiques, les siRNA bodies. Nous avons observé une colocalisation entre cessiRNA bodies et des marqueurs des stress granules ainsi qu'une protéine virale associée aux membranes. Finalement nous avons démontré lʼimportance de la localisation cytoplasmique dʼAGO7pour la biogenèse des tasiARFs. Notre travail a permis de mieux comprendre les mécanismes de lʼaction de la voie TAS3 au cours du développement dʼArabidopsis.


  • Résumé

    RNA silencing is a regulatory mechanism essential for many processes during development. This mechanism is characterized by the sequence-specific inhibition of gene expression by small RNA molecules. Among the several pathways of RNA silencing, the TAS3 trans-acting small interfering RNA (ta-siRNA) pathway, which combines features of both micro (mi)RNA and siRNA pathways, is unique to plants and controls several key aspects of plant development. In this pathwayAGO7, a member of the ARGONAUTE family of RNAse, interacts specifically with miR390 to target and cut the TAS3 transcript, priming it for production of tasiARFs by SGS3, RDR6 and DCL4 action. This pathway is conserved across all land plants. By their repressing activity on Auxin Response Factors members, ARF2, ARF3 and ARF4, the tasiARFs control phase change and leaf patterning. Our lab and others have shown that TAS3 is also expressed in the root of Arabidopsis, raising the question of the role played by the TAS3 pathway in root development. We have shown that theTAS3 pathway, through the tasiARFs action, plays an essential role in the control of lateral rootgrowth. We have demonstrated that the TAS3 pathway acts downstream of auxin, to maintain the proper zonation and abundance of the Auxin Response Factors ARF2, ARF3 and ARF4. In addition,we unravelled a complex set of feedbacks of these ARFs on miR390 expression. Although the mechanisms of TAS3 processing have been identified through various genetic screens our knowledge of the subcellular organization of this pathway remains essentially unknown. For this reason we have chosen to study the subcellular localization of the TAS3 pathway, and focused on AGO7 which represents a specific element of this pathway. We have shown that AGO7, RDR6 and SGS3 accumulate in cytoplasmic foci, dubbed siRNA bodies. We have observed colocalization between these siRNA bodies and markers of the stress granules and a membrane-associated viral protein. Finally we have demonstrated the functional relevance of the cytoplasmic localization of AGO7 for the biogenesis of tasiARFs. Our work has led to a better understanding of the mechanisms underlying the action the TAS3 pathway during the development of Arabidopsis.


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