A functional and genetic analysis of novel signaling molecules regulating embryo surface formation in Arabidopsis thaliana

par Steven Moussu

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Gwyneth Ingram.

Soutenue le 16-12-2016

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (1993-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Thierry Gaude.

Le jury était composé de Gwyneth Ingram, Thierry Gaude, Niko Geldner, Sébastien Baud, Frédéric Domergue.

Les rapporteurs étaient Niko Geldner, Sébastien Baud.

  • Titre traduit

    Analyse fonctionnelle et génétique de nouvelles molécules de signalisation impliquées dans la régulation de la formation de la surface de l’embryon d’Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Le développement de la graine est une étape cruciale du cycle de vie des Angiospermes. La graine est composée de trois compartiments : (1) Le tégument, assurant un rôle protecteur, (2) l’albumen, qui a un rôle principalement nourricier pour (3) l’embryon, qui donnera la future plante. Ainsi, ces trois tissus se développent de concert pour former une graine viable. Une telle coordination présuppose que les différents compartiments communiquent entre eux. Dans ce contexte, j’ai étudié les gènes impliqués dans la formation de la cuticule embryonnaire, une structure hydrophobe recouvrant la plante et essentielle pour limiter les pertes d’eau, assurant ainsi sa survie. Au début de ma thèse, différents gènes étaient déjà connus, certains spécifiques de l’embryon, et d’autres spécifiques de l’albumen, renforçant l’idée de l’existence d’une communication moléculaire entre les deux tissus. Côté albumen, le facteur de transcription ZOU contrôle l’expression d’ALE1, une protéase. Côté embryon, deux récepteurs, GSO1 et GSO2, sont impliqués. L’étude de l’interaction génétique de ces différents gènes a permis de prouver leur appartenance à la même voie de signalisation. L’identité de ces gènes nous a amené à supposer l’existence d’un ou plusieurs peptides agissant comme messagers entre l’embryon et l’albumen. Ainsi, mes travaux de thèse ont permis de caractériser de nouveaux gènes impliqués dans ce processus, ainsi que certaines propriétés de la cuticule. Le principal est CERBERUS, dont l’expression est contrôlée par ZOU, un peptide sécrété par l’albumen qui est nécessaire pour la mise en place d’une cuticule fonctionnelle et la mise en place d’une structure non encore décrite à ce jour, la gaine embryonnaire. Un nouveau rôle pour GSO1 et GSO2 a aussi été démontré. Des résultats préliminaires suggèrent que TPST, une enzyme impliquées dans la sulfation des peptides, est impliquée dans la voie de signalisation étudiée. Enfin, mes travaux ont identifiés un autre gène, FRIABLE1, qui est aussi essentiel à la mise en place de la cuticule et joue dans la même voie de signalisation. Les découvertes associées à mes travaux de thèse ont permis de compléter et d’approfondir les connaissances sur les gènes impliqués dans la formation de la surface de l’embryon chez Arabidopsis.


  • Résumé

    Seed development is a crucial step in Angiosperms life cycle. The seed is composed of three distinct compartments: (1) The testa, ensuring a protective function, (2) the endosperm, which plays a key nutritive role supporting (3) the embryo, the fate of which is to become the future plant. These three tissues develop concomitantly to form a viable seed. Such developmental coordination necessitates the involvement of communication between the compartments. In this context, I have studied genes involved in the establishment of the embryonic cuticle, a hydrophobic structure that surrounds the embryo, plays an essential post-germination function in regulating water loss and is thus critical for plant survival. At the beginning of my PhD, several proteins were known to be involved in the process of cuticle establishment, some of which were expressed in the endosperm and others in the embryo, hinting at the existence of molecular communication between the two tissues. On the endosperm side, the transcription factor ZOU controls the expression of ALE1, a subtilisin-like serine protease. On the embryo side, two receptors, GSO1 and GSO2, are involved. Genetic interaction between the genes encoding these proteins had confirmed their involvement the same signalling pathway. The molecular identities of these proteins led us to propose the existence of one or more unidentified peptides acting as messengers between the embryo and the endosperm. My research has allowed the characterization of novel proteins involved in the process of embryonic surface formation. The principal subject of my research has been CERBERUS, a peptide produced in the endosperm, the expression of which is controlled by ZOU, and which is necessary both for the formation of an intact embryonic cuticle and the production of a previously uncharacterised structure, the embryo sheath. I have demonstrated novel roles for GSO1 and GSO2 in embryo sheath deposition. Furthermore, I have generated preliminary data suggesting that a protein involved in peptide sulfation, TPST, is involved in the GSO1 GSO2 signalling pathway. Finally, I have shown that another protein involved in posttranslational protein modification, FRIABLE1 is involved in this same pathway. My results have advanced knowledge of the molecular mechanisms controlling embryonic surface formation in Arabidopsis.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-12-2018


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