Mitochondrial complex I dysfunction enhances in vitro plant organogenesis

par Fatima Aissa Abdi

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Pierre Hilson.

Soutenue le 28-05-2018

à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....) , en partenariat avec Université Paris-Sud (établissement opérateur d'inscription) et de Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles) (laboratoire) .

Le président du jury était Abdelhafid Bendahmane.

Le jury était composé de Pierre Hilson, Abdelhafid Bendahmane, Frank Van Breusegem, Michel Hernould.

Les rapporteurs étaient Frank Van Breusegem, Michel Hernould.

  • Titre traduit

    L'inhibition du complexe I mitochondrial améliore l'organogenèse végétale in vitro


  • Résumé

    La régénération in vitro est un processus complexe largement utilisé pour la multiplication végétative ainsi qu'en recherche fondamentale pour étudier l'organogenèse. Malgré les diverses applications de la caulogenèse in vitro, les mécanismes de régulation impliqués restent mal caractérisés. Avant le début de mon doctorat, nous avons identifié un mutant d'Arabidopsis thaliana chez lequel un défaut du complexe I de la chaîne de transport d'électrons mitochondriale (CTEm) entraîne une augmentation du taux de régénération comparé au sauvage, mesurée sur des cals issus de protoplastes. Au début de mon projet doctoral, j'ai confirmé le lien entre le dysfonctionnement respiratoire et l'augmentation des taux de régénération en utilisant un inhibiteur spécifique du complexe I appelé roténone. Pour comprendre ce phénomène, j'ai étudié les mécanismes moléculaires et biochimiques liant la respiration mitochondriale et l'organogenèse in vitro. J'ai analysé différents mutants affectés dans l'activité du complexe I et conclu que le retard de croissance qui en découle est positivement corrélé avec le taux de régénération. Pour comprendre comment les perturbations de la CTEm affectent la formation des bourgeons, j'ai comparé les profils d'expression des gènes dans des tissus mutants du complexe I et dans des cals traités avec la roténone. Les résultats obtenus montrent, d’une part, que le profil d’expression des gènes est différent chez le sauvage et chez les mutants du complexe I et, d’autre part, que la roténone induit un stress oxydatif, inhibe la prolifération cellulaire et module les régulations hormonales. J'ai confirmé que la réponse oxydative induite par la roténone est rapidement relayée dans le cytosol en utilisant un bio-senseur de l’état redox cellulaire. Nos résultats suggèrent un lien de causalité entre un stress oxydatif induit par des perturbations respiratoires et la hausse du taux de régénération. Nos travaux pointent vers des méthodes alternatives pour améliorer l'efficacité de l'organogenèse in vitro par inhibition transitoire d'activités mitochondriales.


  • Résumé

    In vitro shoot regeneration is a complex process routinely used for vegetative propagation and to study plant organogenesis. Despite multiple applications of in vitro shoot initiation, the regulatory mechanisms involved remain poorly understood. Prior to the beginning of my PhD thesis, we identified an Arabidopsis thaliana mutant in which a defect in the complex I of the mitochondrial electron transport chain (mETC) results in a higher shoot regeneration rate compared to wild type, measured on protoplast-derived calli. At the beginning of my PhD project, I confirmed the link between the respiratory defect and the shoot regeneration boost with a specific complex I inhibitor called rotenone. To understand this phenomenon, I investigated the molecular and biochemical mechanisms linking mitochondrial respiration and shoot organogenesis. For this purpose, I analyzed different mutants affected in the complex I activity and concluded that the resulting growth retardation is positively correlated with the regeneration rate. To understand how mETC perturbations promote shoot regeneration, I compared gene expression profiles in complex I mutant tissues and in calli treated with rotenone. Our data show, on the one hand, that gene expression profiles are different in complex I mutants and, on the other hand, that rotenone induces an oxidative stress, inhibits cell proliferation, and modulate hormonal regulations. I confirmed that the oxidative response induced by rotenone is rapidly relayed in the cytosol with a redox- sensitive biosensor. Altogether, our results suggest a causal link between an oxidative stress caused by respiratory impairments and shoot regeneration enhancement. Our findings point to alternative methods to promote in vitro organogenesis via transient inhibition of mitochondrial activities.



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