Caractérisation du canal mécanosensible RMA et recherche de sa contribution à la mécanotransduction racinaire chez Arabidopsis thaliana

Characterization of the RMA mechanosensitive channel and its contribution to root mechanotransduction in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Yannick Guerringue
• Direction : Jean-Marie Frachisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 03/07/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Samantha Vernhettes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Hamant, Anne-Aliénor Very, Bertrand Coste, Christian Mazars
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Hamant, Anne-Aliénor Very

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis thaliana

Patch-clamp, Technique du

Canaux calciques

Transduction du signal cellulaire chez les plantes

Mots clés libres

Canal mécanosensible

Mécanotransduction

Signalisation

Calcium

Arabidopsis

Électrophysiologie

Mechanosensitive channel

Mechanotransduction

Signaling

Calcium

Arabidopsis

Electrophysiology

Résumé

A la membrane plasmique des cellules végétales se concentrent des contraintes mécaniques générées par la pression de turgescence, la croissance des tissus adjacents ou des stimulations extérieures comme celles produites par le vent. Certaines protéines membranaires comme les canaux mécanosensibles sont activés par ces contraintes mécaniques. Ces canaux ioniques sont des protéines transmembranaires qui forment un pore dont l'ouverture dépend de la tension mécanique dans la membrane. Ils assurent ainsi la transduction directe d'une stimulation mécanique en transport ionique, activant des voies de signalisation cellulaires permettant de répondre à ces contraintes. L'activité d'un canal mécanosensible perméant au calcium a récemment été mise en évidence à la membrane plasmique de la plante modèle Arabidopsis thaliana par la technique de patch clamp. Ce canal mécanosensible, dont l'activité dépend de la protéine DEK1, reste non identifié et a été nommé RMA (Rapid Mechanically Activated). Dans le cadre de cette thèse, l'activation de RMA a été analysée en fonction de la tension membranaire et du temps, ce qui a permis de proposer un modèle d'activation du canal. De plus, différents mutants ont été analysés (Piezo, OSCA) pour trouver l'identité moléculaire de RMA. En parallèle, la participation de RMA à la signalisation calcique a été étudiée par l'expression de la sonde calcique R-GECO dans des plantules d'Arabidopsis. Ces plantules ont été cultivées dans des chambres microfluidiques, de telle sorte que leur racine principale grandisse dans un canal dont on puisse contrôler la composition du milieu liquide et la vitesse du flux. Les racines ont été soumises à des chocs osmotiques ou à une pression et les signaux calciques déclenchés ont été enregistrés. Les observations recueillies aux échelles moléculaire et racinaire sont mises en relation afin de proposer une vue intégrée du fonctionnement du canal RMA.

The plant plasma membrane is subjected to mechanical stress generated by the turgor pressure, the development of the adjacent tissues or external mechanical cues such as wind. Transmembrane proteins, called mechanosensitive channels, permeate ions through the membrane when activated by an increase in the membrane mechanical tension. These nanosensors of mechanical cues directly transduce changes in tension into electrical potential variation, rapidly triggering cell mechanotransduction signaling pathways. The activity of a native mechanosensitive channel permeating calcium was recently recorded at the plasma membrane of the model plant Arabidopsis thaliana with the patch-clamp technique. This mechanosensitive channel, which is dependent on the DEK1 protein, is still not identified and was called Rapid Mechanically Activated (RMA). In the context of this PhD, the dynamics of gating of the RMA mechanosensitive channel were characterised over time and pressure and an activation model was proposed. Moreover, mutant plants knocked-out for genes encoding putative calcium mechanosensitive channels (Piezo, OSCAs) were analysed in order to find out its molecular identity. In parallel, the involvement of RMA in mechanically-induced calcium signaling in roots was investigated using the calcium sensor R-GECO expressed in Arabidopsis seedlings. These seedlings were grown in microponic chips in such way that their root grew in a channel of controlled liquid medium and controlled flow. Roots were subjected either to osmotic shock or to squeezing and calcium signals were recorded. The link between the observations obtained at the molecular and the root scales is discussed in order to give an integrated view of the function of RMA mechanosensitive channel.