Genetic and chemical genomic dissection of the cell adhesion mechanisms in plants

by Stephane Verger

Doctoral thesis in Biologie

Under the supervision of Grégory Mouille.

defended on 03-10-2014

in Paris 11 , under the authority of Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne) , in a partnership with Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles) (laboratoire) .

  • Abstract

    Cell to cell adhesion in plants is mediated by the cell wall in which the components are cross-linked in order to create a continuum of polysaccharides linking the cells together. However the cell wall is a dynamic compartment that participates in growth and development through its constant loosening and remodeling and it is not very clear how cell adhesion is actually maintained in these conditions. In order to get a better understanding of the mechanisms that control cell adhesion in plants we used a combination of a forward genetic suppressor screen and a chemical genomic suppressor screen on the cell adhesion defective and pectin synthesis deficient mutants quasimodo1 and quasimodo2, and have isolated a number of suppressor mutants and molecules implicated in cell adhesion. The genetic screen led to the identification and study of a suppressor mutated in the gene ESMERALDA1, an uncharacterized putative O-fucosyltransferase. The genetic study of cell adhesion including another putative O-fucosyltransferase FRIABLE1 showed that the disruption of ESMD1 was sufficient to suppress the cell adhesion defect of qua1, qua2 and frb1, making it a major player of the pathway. The chemical genomic screen has revealed the implication of auxin transport and pectin methyl esterase activity in the process of cell adhesion. Based on these new information we have established a model explaining the loss of cell adhesion in the quasimodo and friable1 mutants, and from this model we have inferred the existence of the mechanisms that dynamically allow the maintenance of cell adhesion in plants during growth and development.

  • Alternative Title

    Dissection génétique et chemogénomique des mécanismes d’adhésion cellulaire chez les plantes

  • Abstract

    L’adhésion cellulaire chez les plantes est permise par la présence de la paroi dont les composants sont réticulés afin de former un réseau de polysaccharides liant les cellules entre elles. Cependant, la paroi est un compartiment cellulaire dynamique qui participe à la croissance et au développement de la plante, notamment par son relâchement et sa réorganisation constante et nous ne savons pas exactement comment l'adhésion cellulaire est effectivement maintenue dans ces conditions. Afin d'obtenir une meilleure compréhension des mécanismes qui contrôlent l'adhésion cellulaire chez les plantes, nous avons utilisé une combinaison de crible génétique suppresseur et de crible chémogenomique suppresseur sur les mutants quasimodo1 et quasimodo2 présentant un défaut d'adhésion cellulaire accompagné d’une déficience de synthèse de pectine. Par ces approches nous avons pu isoler des mutants suppresseurs et des molécules chimiques impliquées dans l'adhésion cellulaire. Le crible génétique a conduit à l'identification et l'étude d'un suppresseur muté dans le gène ESMERALDA1, une O-fucosyltransférase putative non caractérisée. L'étude génétique du défaut d’adhésion cellulaire en incluant friable1, muté dans une autre O-fucosyltransférase putative, a montré que la mutation de ESMD1 était suffisante pour supprimer le défaut d'adhésion cellulaire de qua1, qua2 et frb1, ce qui en fait un acteur majeur de l’adhésion cellulaire. Le crible chemogenomic a montré l'implication du transport de l'auxine et de l'activité pectin méthylesterase dans le processus contrôlant l'adhésion cellulaire. Sur la base de ces nouvelles informations, nous avons établi un modèle qui explique la perte de l'adhésion cellulaire chez les mutants quasimodo et friable1, et à partir de ce modèle, nous avons pu déduire l'existence de mécanismes qui permettent le maintien de l'adhésion cellulaire de façon dynamique au cours de croissance et de développement chez les plantes.

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