Soutenance de thèse de Léa LE PODER

Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Biologie Végétale
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
STOP1,malate,CRISPR,pH,aluminium,Arabidopsis
Keywords
STOP1,malate,CRISPR,pH,aluminum,Arabidopsis
Titre de thèse
Etude du facteur de transcription STOP1 chez Arabidopsis: mise en évidence d'une régulation de l'activité par le pH cytosolique.
Study of the STOP1 transcription factor in Arabidopsis: evidence of a regulation by cytosolic acidification.
Date
Mercredi 16 Novembre 2022 à 13:30
Adresse
CEA Cadarache, Zone Cité des Énergies BIAM, Bâtiment 1900, 13108 Saint-Paul-lez-Durance
Salle de conférence
Jury
Directeur de these M. Thierry DESNOS Aix Marseille Université
Rapporteur M. Alexis DE ANGELI Institute for Plant Sciences of Montpellier (IPSiM) - INFLUX
Rapporteur Mme Nadine PARIS Institute for Plant Sciences of Montpellier (IPSiM) - KaliPHruit
Examinateur M. Benjamin FIELD CEA - Aix Marseille Université
Examinateur M. Christophe LALOI CEA - Aix Marseille Université
Examinateur M. Norbert ROLLAND CEA - Grenoble - INRA - Laboratoire Physiologie Cellulaire & Végétale -

Résumé de la thèse

Les plantes sont des espèces sessiles. Leur système racinaire forme l’interface avec la rhizosphère et permet aux plantes de subvenir à leurs besoins en s’adaptant aux contraintes environnementales. Pour ce, les plantes ont développé de multiples mécanismes dynamiques pour percevoir leur environnement et apporter des réponses adaptées pour l’absorption de nutriments ou dans la tolérance aux stresses. Chez Arabidopsis STOP1 est un facteur de transcription pléiotropique induit dans de multiples réponses aux stresses, tels que l’acidité des sols, la toxicité de l’aluminium ou du fer (dans un contexte de carence au phosphate (-Pi)) ou à la sécheresse, et qui constituent des problèmes agronomiques majeurs. De précédents travaux ont montré le rôle crucial de STOP1 dans la tolérance aux sols acides. Cependant, les mécanismes d’activation de STOP1 depuis la perception de l’environnement à la membrane plasmique jusqu’à l’activation de l’activité transcriptionnelle de STOP1 aux noyaux demeurent irrésolus. Afin de déterminer si STOP1 est induit en réponse au pH intracellulaire ou extracellulaire, nous avons combiné des approches génétiques, de biologie moléculaire et d’imagerie. Pour d’augmenter le pH cytosolique, nous avons utilisé le système CRISPR-Cas9 pour supprimer le domaine C-terminal auto-inhibiteur des protéines AHA7 et AHA2, deux pompes à proton exprimées à la membrane plasmique des racines. Nous avons également utilisé des mutants de perte de fonction aha2 and aha7 ainsi qu’un mutant constitutivement actif AHA1(ost2-2D) déjà caractérisé. En se basant sur la construction pALMT1::GUS, nous avons déduit que STOP1 est activé par l’acidification du cytosol . L’utilisation d’acide propionique, un acide faible qui traverse passivement la membrane plasmique nous a permis de confirmer ce résultat chez des plantes sauvages et d’observer l’accumulation de GFP-STOP1 au noyau. Pour mieux comprendre l’induction de STOP1 en réponse au –Pi, Fe et Al, nous avons analysé la transcription d’un de ces gènes cibles, ALMT1 et la réponse de croissance racinaire. Nos résultats montrent qu’a pH 5.7, seulement 2 µM AlCl3 est suffisant pour activer la transcription d’ALMT1. Cette concentration est bien plus faible que celle nécessaire pour induire une réponse de toxicité chez le mutant hypersensible stop1 (≥ 50 µM) et montre que nous avons découplé la signalisation en réponse à l’aluminium de sa toxicité. De plus, nous avons également observé que l’Al accentue l’inhibition de la croissance racinaire induite par Fe chez le sauvage en –Pi. Pour conclure, nos travaux apportent de nouvelles perspectives dans le mécanisme d’activation de STOP1.

Thesis resume

Plants are sessile species that use their root system as the interface with the rhizosphere to adapt with the plant needs and the surrounding constrains. Therefore, plant roots developed complex dynamic sensing and response mechanisms for nutrient uptake and stress reduction. Arabidopsis STOP1 is a pleiotropic transcription factors involved in plant responses to multiple stresses such as acidic soil, aluminium and iron toxicity (under phosphate deficiency (-Pi)) and drought that are major agronomic issues limiting crops production. Published works show that STOP1 provides tolerance to acidic environment. However the mechanisms activating the STOP1 signalling pathway from the sensing of the environment at the plasma membrane to the transcriptional activity of STOP1 in the nucleus remain undetermined. To further understand whether STOP1 is activated by extracellular or intracellular pH, we combined genetic, molecular biology and microscopy. In order to increase the cytosolic pH, we used CRISPR-Cas9 to delete the C-terminal autoinhibitory domain of the proteins AHA7 and AHA2, two plasma membrane H+-ATPases expressed in the root. We also studied loss-of-function aha2 and aha7 mutants as well as published constitutively active AHA1(ost2-2D) mutations. Based on the expression of the visual reporter pALMT1::GUS, we deduced that STOP1 is activated by intracellular acidity. This result was confirmed in WT seedlings with propionic acid, a weak acid crossing the plasma membrane that also stimulated the accumulation of GFP-STOP1 in the nucleus. To better understand the STOP1 activity in response to –Pi, Fe and Al we analyse the transcription of its target gene, ALMT1 and the primary root response. Our results show that at pH 5.7, only 2 µM AlCl3 is sufficient to activate ALMT1 transcription. This concentration is much lower than that required for root intoxication of the hypersensitive stop1 mutant (≥ 50 µM). Therefore we uncoupled aluminium signalling from its toxicity. Furthermore, we also show that Al strengthens the Fe-mediated inhibition of the primary root growth in WT in low phosphate condition. In conclusion, our work reveals new insights into the mechanism of STOP1 activation.