Etudes fonctionnelles des protéines nucléaires dupliquées chez Arabidopsis thaliana

par Nathalie Durut

Thèse de doctorat en Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions

Sous la direction de Julio Saez-Vasquez.

Soutenue le 08-12-2014

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) , en partenariat avec Laboratoire Génome & Développement des Plantes (Perpignan) (laboratoire) et de Laboratoire Génome et développement des plantes / LGDP (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Marc Deragon.

Le jury était composé de Julio Saez-Vasquez, Philippe Bouvet, Cristel Carles.

Les rapporteurs étaient Moussa Benhamed, Fredy Barneche.

mots clés

• Nucléoline
• A. thaliana
• Chromatine
• ADNr
• Stress
• Arabidopsis thaliana
• Protéines de liaison
• Stress

Résumé

Chez les eucaryotes, les gènes d’ARNr 45S sont présents en un grand nombre de copies organisées dans des régions chromosomiques appelées NOR pour « Nucleolus Organizer Region ». Cependant, seule une fraction de ces gènes est activement exprimée et leur activation/répression est majoritairement contrôlée par des mécanismes épigénétiques. Parmi les facteurs requis pour l’expression de ces gènes, se trouve la nucléoline, une protéine majeure du nucléole. Chez A. thaliana, la protéine NUC1 est nécessaire pour le maintien de la méthylation et le control de l’expression de variants spécifiques des gènes d’ARNr. De manière intéressante, contrairement aux animaux et aux levures, le génome des plantes possède un deuxième gène codant la nucléoline : NUC2. Au cours de cette étude, nous avons montré que les deux gènes NUC1 et NUC2 sont nécessaires pour la survie de la plante. L’étude de plantes mutées pour le gène NUC2 a révélé que cette protéine est impliquée dans l’organisation et l’expression des ADNr mais par des mécanismes antagonistes à ceux de son homologue NUC1. En effet, l’absence de la NUC2 induit une hyperméthylation des ADNr ainsi qu’une réorganisation spatiale et une variation du nombre de copie des différents variants des gènes d’ARNr. Par ailleurs, la protéine NUC1 se lie aux gènes actifs alors que la protéine NUC2 est associée à la chromatine condensée en périphérie du nucléole. En parallèle, nous avons montré que l’expression des ADNr est affectée en réponse à la chaleur et que le gène NUC2 est fortement induit. L’ensemble de ces données suggèrent un potentiel rôle de la NUC2 dans la répression des gènes d’ARNr au cours du développement et en réponse au stress.

mots clés

• Nucleolin
• Chromatin
• RDNA

Titre traduit

Functional study of duplicated nucleolin genes in A. thaliana.

Résumé

In eukaryotes, 45S rRNA genes are highly repeated and localize in chromosomal regions known as NOR for “Nucleolus Organizer Regions”. However, only a small proportion of these genes is transcriptionally active and their activation and/or repression depends on epigenetic mechanisms. One of the factors involved in rDNA expression is nucleolin, a major nucleolar protein. In A. thaliana, nucleolin protein NUC1 is required to maintain rDNA methylation and control expression of specific rDNA variants. Interestingly, in contrast to animals and yeast, plants encode a second nucleolin gene: NUC2. Here, we show that NUC1 and NUC2 genes are both required for plant survival. Analysis of nuc2 mutant plants reveals that NUC2 protein is required for rDNA organization and expression but with mechanisms antagonistic to those described for its homologue NUC1. In fact, loss of NUC2 induces rDNA hypermethylation and a spatial reorganization of rRNA genes with changes in copy numbers of rDNA variants. Moreover, NUC1 protein binds transcriptionally active rRNA genes while NUC2 protein associates with condensed chromatin in the periphery of the nucleolus. Furthermore, we show that rRNA gene expression is affected in response to heat shock and that the NUC2 gene is strongly induced. Altogether, our results suggest a potential role of NUC2 protein in rDNA repression during development and/or in response to stress.