Mise en évidence du rôle du cytochrome P450 CYP 77A4 et de la protéine BODYGUARD dans la biosynthèse du polymère de cutine chez Arabidopsis thaliana

Role of the cytochrome P450 CYP77A4 and the protein BODYGUARD in the biosynthesis of the cutin polymer in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Gaetan Verdier
• Direction : Gilles Peltier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Frederic Carriere
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Pinot, Frederic Beisson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Marion, Frederic Domergue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Embryologie

Arabidopsis thaliana

Cuticules végétales

Mots clés libres

Cutine

Cuticule

Acides gras hydroxylés

Arabidopsis

Embryon

Cutin

Cuticle

Hydroxy-Fatty acids

Arabidopsis

Embryo

Résumé

La cutine est un polymère d'acides gras oxydés et de glycérol propre aux plantes. Elle forme la matrice structurale de la cuticule qui recouvre l'épiderme des parties aériennes et joue un rôle vital pour les plantes en empêchant la dessiccation. La biosynthèse du polymère de cutine a été étudiée chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. Des mutants perte-de-fonction pour la monooxygénase de type cytochrome P450 CYP77A4 ont été isolés. L'analyse de lignées transgéniques exprimant le gène rapporteur GUS sous le contrôle du promoteur de CYP77A4 a montré que le gène était exprimé essentiellement dans les organes floraux et les graines. L'analyse de la cutine dans divers organes a permis de démontrer que le gène était essentiel pour la synthèse d'un acide gras trihydroxylé en C18 présent dans les polyesters des embryons. Une méthode permettant la séparation de l'embryon et des téguments des graines en quantité suffisante pour analyser la cutine a été mise au point. Le profil de monomères des embryons mutants a montré que CYP77A4 est une époxygénase de la voie de biosynthèse des monomères de cutine en C18. L'étude de la physiologie des mutants a par ailleurs permis de démontrer que les acides gras trihydroxylés de la cuticule de l'embryon jouent un rôle important dans la germination de la graine en conditions de stress salin. Dans une deuxième étude, des mutants perte-de-fonction et des suexpresseurs pour le gène d'Arabidopsis BODYGUARD (BDG) codant une protéine de la superfamille des hydrolases à repliement α/β ont été caractérisés. L'analyse des polyesters dans ces lignées a permis de montrer que cette protéine jouait en fait un rôle dans la biosynthèse de la cutine.

Cutin is a polymer of oxidized fatty acids and glycerol specific to plants. It forms the structural matrix of the waxy cuticle covering the epidermis of the aerial parts and plays a vital role in plants by preventing desiccation. Biosynthesis of cutin polymer was studied in the model plant Arabidopsis thaliana. Mutant loss-of-function monooxygenase type cytochrome P450 CYP77A4 were isolated. The analysis of transgenic lines expressing the GUS reporter gene under the control of the promoter of CYP77A4 showed that the gene was expressed mainly in floral organs and seeds. The analysis of various organs in the cutin demonstrated that the gene was essential for the synthesis of a C18 trihydroxy polyesters present in seed polyesters (9,10,18-trihydroxyoctadecenoic acid). A method for the separation of the embryo and seed coat allowing to analyze embryo polyesters was developed. The trihydroxy C18 fatty acid was found to be the major cutin embryo monomer. Profile of cutin monomers in mutant embryos showed that CYP77A4 is an epoxygenase in the biosynthetic pathway of C18 cutin monomers. The study of the physiology of the mutants also showed that the trihydroxy- fatty acids of the embryo cuticle play an important role in the germination of the seed under conditions of salt stress. In a second study, mutant loss-of-function and overexpressors for the Arabidopsis gene BODYGUARD encoding a protein of the α / β hydrolase fold superfamily have been characterized. Analysis of polyesters in these lines showed that this protein, whose role in the formation of the cuticle was not understood, plays in fact a role in cutin biosynthesis.