Implication de la MAP kinase 8 dans la régulation de la germination des graines d'Arabidopsis thaliana : intéraction avec les facteurs de transcription TCP

Involvement of Arabidopsis thaliana MAP kinase 8 in the regulation of seed germination : interplay with TCP transcription factors

• Auteur / Autrice : Wei Zhang
• Direction : Emmanuel Baudouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie végétale
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie du développement (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Serradas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Baud, Juliette Puyaubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Cardinale, Oscar Lorenzo Sánchez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

MAP kinase

Arabidopsis thaliana

Dormance

Germination

Mots clés libres

MPK8

TCPs

Graine

Germination

Dormance

Arabidopsis thaliana

MPK8

TCPs

Seeds

Germination

Dormancy

Résumé

La germination des graines est une étape majeure du développement de la plante et est retreinte par leur état de dormance. Le contrôle de la levée de dormance est donc essentiel au succès de la germination et de l’établissement des jeunes plantules. Le but de cette étude a été d'étudier le rôle de la MAP kinase MPK8 dans la régulation de la levée de dormance et de la germination des graines d'Arabidopsis thaliana. L'étude du phénotype de graines mpk8 mutantes a montré que MPK8 était nécessaire à la levée de la dormance. Les analyses physiologiques et moléculaires ont en outre permis d'établir que MPK8 favorisait la germination des graines via la voie des gibbérellines en régulant positivement l'expression des gènes de synthèse et de réponse à cette hormone. Nous avons identifié TCP14, un facteur de transcription de la famille TEOSINTHE BRANCHED1/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTOR (TCP) spécifique des plantes, comme une cible de MPK8. Le phénotype de graines mpk8tcp14 a permis de déterminer que MPK8 fonctionnait en amont de TCP14, dans une voie commune. MPK8 interagit in vivo dans le noyau avec TCP14 et phosphoryle TCP14 in vitro. De plus, dans un système reconstitué, MPK8 stimule l'activité transcriptionnelle de TCP14 par un mécanisme indépendant de la phosphorylation de TCP14. Les transcriptomes de graines WT, mpk8 et tcp14 ont été comparés. Alors qu’aucune différence n’a été observée dans les graines à l’état sec, les graines mpk8 et tcp14 présentent d’importantes modifications communes aux deux mutants après imbibition, avec une expression maintenue de gènes liés à la maturation des semences. En revanche, les deux mutants présentent une répression de gènes impliqués dans le remodelage de la paroi, dans la transition G1/S du cycle cellulaire et dans les réponses hormonales. Le module MPK8-TCP14 apparaît donc comme un régulateur de la transition dormance-germination. En utilisant une approche génétique, l’étude de la fonction d’autres TCP de classe I dans la régulation de la germination des graines a été initiée. Les données obtenues suggèrent une interaction complexe entre ces TCPs avec des fonctions antagonistes, et les travaux futurs devraient permettre d’élucider les mécanismes responsables de cet antagonisme, ainsi que le rôle de MPK8 dans ce réseau de signalisation. Cette étude démontre que MPK8 est un nouveau régulateur de la germination des graines et souligne le rôle du module MPK8-TCP14 dans la régulation de la transition dormance-germination.

Seed germination is a major step in plant development and is restricted by seed dormancy. The control of dormancy release is therefore critical for successful germination and seedling development. The aim of this study was to investigate the function of a MAP kinase isoform, MPK8, in the regulation of dormancy release and germination of Arabidopsis thaliana seeds. The study of mpk8 mutant seed phenotypes evidenced that MPK8 was required for dormancy release. Physiological and molecular analyses further established that MPK8 promoted seed germination via the GA pathway by upregulating GA-related gene expression. We identified TCP14, a plant-specific transcription factor of the TEOSINTHE BRANCHED1/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTOR (TCP) family, as a downstream target for MPK8. The phenotype of mpk8tcp14 seeds indicated that MPK8 functioned upstream of TCP14 in a common pathway. MPK8 interacted in vivo with TCP14 in the nucleus and phosphorylated TCP14 in vitro. Moreover, in a reconstituted system, MPK8 promoted TCP14 transcriptional activity by a mechanism independent of TCP14 phosphorylation. The transcriptomes of WT, mpk8 and tcp14 seeds have been compared. Whereas no difference was observed in dry seeds, mpk8 and tcp14 seeds presented dramatic and common transcriptomic alterations after imbibition, with a sustained expression of genes related to seed maturation. In contrast, both mutants exhibited repression of genes involved in cell wall remodeling, cell cycle G1/S transition and hormonal response. The MPK8-TCP14 module therefore appears as a regulator of the dormancy-to-germination transition. Using a genetic approach, the analysis of the function of additional Class I TCPs in the regulation of seed germination has been initiated. Current data suggest a complex interplay between TCPs with antagonistic functions and future work will help unravel the mechanisms responsible for this antagonism so as the role of MPK8 in this network. Taken together, our data evidence MPK8 as a new regulator of seed germination and point out the role of the MPK8-TCP14 module in the transition from seed dormancy to seed germination