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Maha Chieb

Dynamique des protéines dans les premières étapes de la biogenèse du chloroplaste

Publié le 6 décembre 2019
Thèse soutenue le 06 décembre 2019 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Biologie cellulaire

Résumé :
La biogenèse des chloroplastes à partir des proplastes indifférenciés est un processus qui nécessite un réseau de régulation moléculaire complexe. L’ARN polymérase codée par le plaste (PEP) est un acteur décisif. La PEP est composé de quatre sous-unités codées par les gènes plastidiaux rpo. Lors de l’exposition à la lumière, cette enzyme centrale « PEP » est décorée de 12 protéines associées à la PEP (PAP) et qui sont codées par le génome nucléaire.
L'inactivation génétique de l’une de ces protéines PAP bloque la différenciation des plastes et perturbe la biogenèse des chloroplastes conduisant à l'albinisme. Ainsi, le mutant albino d'Arabidopsis pap7-1 a été utilisé comme un outil génétique pour comprendre les premières étapes de la biogenèse des chloroplastes.
La protéine PAP7 / pTAC14 (qui a été identifiée comme une sous-unité du complexe PEP) présente une double localisation dans les plastes et le noyau. La complémentation fonctionnelle du mutant pap7-1 avec une construction génétique de la séquence codante du gène PAP7 restaure le mutant albinos et les plantes transgéniques homozygotes développent un phénotype de type sauvage. Cela confirme l'importance de PAP7 dans les stades précoces de la biogenèse des chloroplastes. Néanmoins, les tests d'hémi-complémentation ont montré qu'il était difficile de séparer les fonctions nucléaires et plastidiales. D'autre part, l'absence de PAP7 inhibe la bonne formation de photobodies nucléaires tardifs. Ces données indiquent que la fraction nucléaire de la protéine PAP7 pourrait interagir avec d'autres régulateurs moléculaires afin d’être l’intermédiaire de la signalisation de la lumière via le phytochrome B activé. Cette voie contrôle probablement l'expression des facteurs de transcription nucléaire, tel que GLK1 dont le rôle principal est de contrôler des gènes nucléaires associés à la photosynthèse. Le protéome du mutant pap7-1 suggère que la majorité des protéines a régulée négativement en suivant strictement le profil transcriptomique correspondant. Les plantes albinos ont montré une absence totale d'appareil de photosynthèse, d'accumulation des pigments (chlorophylle et caroténoïde), des lipides de la membrane des thylakoïdes ainsi que certaines hormones. La voie de biosynthèse du tétrapyrrole à partir de laquelle l’hème est produite reste partiellement fonctionnelle. Cependant, la branche magnésium de biosynthèse de la chlorophylle est sélectivement bloquée.
En résumé, ces données indiquent l'action d'un signal rétrograde qui empêche l'expression de certains PhANG et des gènes relatifs. La biosynthèse des caroténoïdes doit être fonctionnelle dans le mutant pap7-1 en raison de l’accumulation normale des gènes de biosynthèse des caroténoïdes et des enzymes correspondantes. Néanmoins, les caroténoïdes étaient absents, probablement en raison de l’absence de photosynthèse qui produit habituellement le précurseur des caroténoïdes, le glycéraldéhyde-3-phosphate. En conséquence, l'acide abscissique ne s'accumule probablement pas. De plus, l’absence des membranes de thylakoïde, les lipides membranaires tels que le MGDG sont absents. Ce dernier explique la régulation négative de la voie de synthèse de l’allène oxyde synthase. Ce qui provoque probablement le blocage de la synthèse d’OPDA (le précurseur plastidial de l’acide jasmonique). A son tour, l’acide jasmonique est connu au son rôle dans la répression de l’élongation d’hypocotyle au début du développement de la plantule. Ce phénotype est observé en absence de PAP7. La présente étude fournit la preuve que PAP7 est un composant principal de l’expression du génome plastidial. En outre, il s’agit d’un composant de signalisation rétrograde qui couple la signalisation de la lumière passant par le phytochrome, avec la biogenèse des chloroplastes ainsi qu’il intègre des boucles de rétroaction métabolique du plaste.

Jury :
Présidente : Madame Christelle Breton
Rapporteur : Madame Claire Lurin
Rapporteur : Monsieur Christophe Laloi
Examinateur : Monsieur Laurent Legendre
Examinateur : Monsieur Michel Havaux
Directeur de thèse : Monsieur Thomas Pfannschmidt

Mots clés :
Arabidopsis, biogenèse des chloroplastes, albinisme, mutant pap7-1, double localisation noyau-plaste, protéomique, biologie des systèmes, signalisation rétrograde