Caractérisation moléculaire et cellulaire du mutant mgoun3 d'Arabidopsis thaliana

par Soazig Guyomarc'h

Thèse de doctorat en Sciences biologiques. Biologie végétale

Sous la direction de Marianne Delarue.

Soutenue en 2004

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Développement végétal
• Chromatine
• Méristème

Résumé

Cette thèse porte sur la caractérisation des mutants mgoun3 (mgo3) d’Arabidopsis thaliana, affectés dans l’activité du méristème apical caulinaire (MAC) et racinaire (MAR). Chez ces mutants, la croissance racinaire est ralentie, l’organogenèse et la morphogenèse des feuilles sont perturbées, et la tige est fasciée. Ceci est corrélé à une dérégulation de l’organisation structurale et fonctionnelle du MAC et du MAR. Le gène MGO3 a été identifié par clonage positionnel. Il code une protéine de 1311 acides aminés présentant 5 motifs TPR potentiels dans sa région N-terminale et 4 unités LRR potentielles dans sa région C-terminale. Il est unique chez Arabidopsis et semble spécifique des plantes. Toutefois, les TPR de MGO3 sont proches de celles de protéines animales contrôlant l’orientation de divisions asymétriques. La mutation mgo3 ne modifie ni la polarité de la distribution cellulaire de PIN1, ni l’organisation du cytosquelette microtubulaire. En revanche, elle affecte plusieurs processus pouvant être liés au dynamisme de la chromatine : des perturbations du cycle cellulaire, la mort de cellules méristématiques, l’expression ectopique de gènes floraux dans les feuilles, et une floraison précoce sont observées. La mutation mgo3 est partiellement épistatique sur celle de l’histone acétyltransférase GCN5 dans le contrôle de la morphogenèse foliaire, et elle perturbe l’expression du gène FLC. La mutation ne modifie pas la méthylation de l’ADN mais entraîne une hypoacétylation des histones H3, globalement dans le génome et localement sur le gène FLC. MGO3 pourrait donc participer à la stabilité des conformations de la chromatine impliquées dans la régulation du développement.

Titre traduit

Molecular and cellular characterization of the MGO3 mutant in Arabidopsis thaliana

Résumé

This thesis deals with the characterization of the mgoun3 mutant (mgo3) of Arabidopsis thaliana, affected in both shoot apical meristem (SAM) and root apical meristem (RAM) functioning. The mutants display short roots, misshapen leaves, abnormal phyllotaxy, and fasciation of the stem. These defects are correlated with a deregulation of cell arrangement and gene expression patterns in both SAM and RAM. The MGO3 gene was identified by positional cloning. It encodes a 1311-residue protein, with 5 putative TPR motifs in its N-terminal end, and 4 putative LRR motifs in its C-terminal end. This gene is unique in Arabidopsis and seems to be plant-specific. The MGO3 TPR motifs are similar to those of animal proteins controlling the orientation of asymmetric cell divisions. The mgo3 mutation alters neither the polar distribution of the PIN1 protein in cells, nor the microtubule cytoskeleton organization. Interestingly, the mutation affects various processes possibly linked to chromatin remodeling : defects in cell cycle progression, meristem cell death, ectopic expression of flower-specific genes in leaves and early flowering are observed. Consistently, we found that the mgo3 mutation is partially epistatic to the histone acetyltransferase gcn5 mutation in leaf morphogenesis, and that FLC gene expression is misregulated in the mgo3 background. While no changes in DNA methylation are observed, the mgo3 mutation causes overall histone H3 hypoacetylation and local loss of acetylated H3 in the FLC gene. Thus, the MGO3 protein could be involved in chromatin organization and/or conformation and would be required for developmental regulation processes mediated by chromatin remodeling.