A Reverse Half-size ABC Transporter Integrates Light and Abscisic Acid Signals in Stomatal Osmoregulation

by Aleksandra Wasilewska

Doctoral thesis in Sciences biologiques

Under the supervision of Jeffrey Leung.

defended on 2009

in Paris 11 , in a partnership with Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Abstract

    Mutations at the OPEN STOMATA3 (OST3) locus were identified by impaired stomatal closure in response to experimental progressive drought. Notably, the mutant guard cells are insensitive to abscisic acid (ABA) and are only partially sensitive to light. The OST3 gene encodes a reverse half ABC transporter, which is differentially expressed in the guard cells. The OST3 protein can homodimerize as shown by the Split Ubiquitin System (SUS) in yeast and BiFC in tobacco epidermal cells. Profiling of metabolites revealed glucose and fructose that are significantly elevated in mutant leaves. Note that inhibition of the H+-ATPases is known to block light-induced stomatal opening and causes elevated glucose and fructose levels. Indeed, OST3 was found to directly interact with OST2, a H+-ATPase that is negatively regulated by ABA. As ascertained by Fluorescence Recovery After Photobleaching, OST3 is laterally mobile in the plasma membrane (~0. 0011 µm2. Sec-1). OST2, in contrast, is laterally non-mobile. This suggests that qualitative change in signal integration and output could be attributed, at least in part, from the transient visit of OST2 by OST3. The excessive transpiration phenotype of ost3 is enhanced synergistically by ost1, a mutation affecting a specific ABA-activated kinase. OST3 was shown to physically interact with OST1 by SUS and BiFC. Moreover, the N-terminal domain of OST3 contains at least three targets of phosphorylation by OST1. Thus, the activity of OST3 in signal integration may be altered by phosphorylation, as well as by visits to other membrane components such as OST2.

  • Alternative Title

    = Un demi-transporteur ABC inversé impliqué dans la régulation stomatique : intégration des signaux déclenchés par la lumière et l’acide abscissique


  • Abstract

    Chez A. Thaliana, des mutations dans le locus OPEN STOMATA3 (OST3) ont été identifiées dû à un défaut de la fermeture stomatique en réponse au stress hydrique. Les cellules de garde du mutant sont insensibles à l’ABA et partiellement sensibles à la lumière. Le gène OST3 code pour un demi-transporteur ABC différentiellement exprimé dans les cellules de garde. Des tests par Split Ubiquitine (SUS) dans la levure et par BiFC dans des cellules de tabac ont montré qu’OST3 forme un homodimere. Une analyse métabolique a révélé une accumulation de glucose et de fructose dans les feuilles du mutant. Ces données metaboliques ressemblent à celles induites par le blocage de l’activité de l’ATPase pompe à proton, à savoir le blocage de l’ouverture stomatique par la lumière et surtout l’augmentation du niveau d’hexoses. Nous avons donc montré qu’OST3 interagit avec OST2, une pompe à proton négativement régulée par l’ABA. Par ailleurs, une approche de FRAP a permis de montrer que OST3 est une protéine membranaire douée de mobilité latérale (~0,0011 µm2/s). Par contre OST2 est une protéine immobile. Cela suggère qu’un changement qualitatif de l’intégration du signal peut être attribué à une visite transitoire d’OST2 par OST3. Le phénotype de transpiration excessive d’ost3 est augmenté de manière synergique par ost1, une mutation qui affecte une kinase activée par l’ABA. Nous avons ainsi montré qu’OST3 interagit physiquement avec OST1. Le domaine N-term d’OST3 contient 3 cibles de phosphorylation par OST1. Ainsi l’activité d’OST3 dans la chaîne d’intégration du signal semblerait affectée par phosphorylation et par interaction transitoire avec d’autres composants membranaires tel qu’OST2.

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Informations

  • Details : 1 vol. (XIII-188 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 133-153

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  • Library : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
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  • Odds : 0g ORSAY(2009)144
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