Etude du lien entre la biosynthèse de la cellulose et le contrôle de l'intégrité de la paroi végétale

Study of the link between the cellulose biosynthesis and the control of the integrity of the cell wall

• Auteur / Autrice : Julien Renou
• Direction : Samantha Vernhettes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 31/10/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marianne Delarue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samantha Vernhettes, Marianne Delarue, Stéphanie Robert, Richard Berthomé, Olivier Van Wuytswinkel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphanie Robert, Richard Berthomé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire chez les plantes

Récepteurs cellulaires

Protéines kinases

Cellulose

Paroi cellulaire végétale

Mots clés libres

Paroi

Cellulose

Récepteur kinase

Signalisation

Cell wall

Cellulose

Receptor kinase

Signaling pathway

Résumé

La paroi, qui est une structure dynamique entourant chaque cellule végétale, joue un rôle primordial dans le développement des plantes et la transduction de signaux en réponse à des changements environnementaux et à des attaques par des pathogènes. Un des composants majeurs de la paroi primaire est la cellulose qui y est enchevêtrée avec d’autres polysaccharides tels que les hémicelluloses et les pectines. L’objectif de la thèse était de comprendre comment la synthèse de cellulose est coordonnée avec l’assemblage et le remodelage de la paroi au cours de la croissance. Au cours de ces vingt dernières années, de nombreuses molécules inhibant la synthèse de la cellulose (CBI) ont été identifiées et représentent de très bons outils pour disséquer la biologie cellulaire du remodelage pariétale. Ces CBI présentent différentes structures ce qui suggère qu’il existe plusieurs cibles pour perturber la biosynthèse de la cellulose. En étudiant 5 d’entre eux et nous avons pu confirmer qu’ils provoquaient une disparition ou une immobilisation des complexes de cellulose synthase (CSC) à la membrane plasmique. Par contre la caractérisation d’un nouveau CBI, l’Hypostuntine, a permis de montrer qu’il agissait différemment des CBI déjà décrits. L’Hypostuntine inhibe la croissance sans changement détectable des CSC au niveau de la membrane plasmique suggérant que l’Hypostuntine ne cible pas directement le CSC. Des études en microscopie électronique à transmission des parois de plantules traitées à l’HS ont permis de montrer que l’Hypostuntine interfère au niveau du mécanisme cellulaire qui coordonne la biosynthèse de la cellulose et l’assemblage d’une paroi extensible. Pour distinguer le rôle de ces six CBI étudiés, des tests de résistance croisés, des analyses de la composition pariétale et de voies de signalisation ont également été étudiées. Les résultats montrent que toutes ces réponses dépendent entre autres de THESEUS1, un récepteur like kinase de la famille des Catharanthus roseus récepteur kinases CrRLK1L mais suggèrent aussi la présence d’autres acteurs spécifiques induits par chaque CBI.

The cell wall, which is a dynamic structure surrounding each plant cell, plays a fundamental role in the plant development and in the signalling pathways in response to environmental changes and pathogen attacks. One of the major component of the primary cell wall is the cellulose polymer which is embedded between hemicelluloses and pectins. The question of the PhD was how the synthesis of cellulose is coordinated with the assembly and remodelling of the cell wall during cell expansion? During these last twenty years, a multitude of molecules that inhibit cellulose synthesis (CBI) have been identified and they represent powerful tools to dissect the cell biology of cell wall assembly. The large variation in chemical composition of the CBI suggests the existence of multiple targets for these molecules for perturbing the cellulose biosynthesis. I studied five of these molecules and confirmed that they promote a clearance or an immobilisation of the cellulose synthase complex (CSC) from the plasma membrane. The characterisation of the new molecule, named Hypostuntin, showed that it mode of action on CSC is different from the ones described for the other CBI. Hypostuntin inhibits cell growth without detectable changes in CSC activity. This suggests that the CSC is not the primary target of Hypostuntin. Transmission electron microscopy on developing cell walls suggests that Hypostuntin interferes with a process that coordinates cellulose synthesis with the assembly of an extensible wall. To ascertain the role of the six studied CBI, we performed tests of cross resistance, analysis of cell wall composition and signalling pathways. Our results show that the responses are THESEUS 1 dependent, a receptor belonging to the Catharanthus roseus receptor like kinase CrRLK1L but also suggest the presence of other actors specific of the molecules.