La division des plastes chez les plantes supérieures : propriétés biochimiques des protéines FtsZ et analyse des fonctions par la caractérisation des mutants d'Arabidopsis thaliana

Plastid division in higher plants : biochemical properties of FTSZ proteins and functional analyses by characterization of arabidopsis mutants

• Auteur / Autrice : El-Sayed Hassan el- Kafafi
• Direction : Denis Falconet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Résumé

Les plastes sont des organites présents dans les cellules végétales et sont essentiels au développement de la plante. Dans les plantes supérieures, la protéine FTSZ, l'ancêtre de la tubuline est impliquée dans la division des proplastes dans les cellules en division et dans la division des plastes différenciés dans les cellules différenciées. Dans les plantes, les gènes FTSZ appartiennent à deux familles FTSZ1 et FTSZ2. Cependant le rôle des deux protéines correspondantes n'est pas connu. Nous montrons dans ce travail que les deux protéines, lorsqu'elles sont exprimées dans E. Coli, induisent des effets différents sur la division bactérienne et que les domaines impliqués sont différents. Les propriétés de polymérisation des deux protéines ont été analysées. Les résultats montrent que dans les conditions utilisées, seule FTSZ1 forme des bâtonnets et des anneaux, similaires aux structures produites par la protéine bactérienne. Nous montrons aussi que si les deux protéines sont présentes dans le stroma, seule FTSZ2 est fortement associée à la double enveloppe membranaire qui entoure le plaste. A partir de ces résultats, nous proposons un modèle temporelpour la mise en place des protéines FTSZ1 et FTSZ2 dans l'appareil de division des plastes. Nous avons aussi étudié l'expression des deux protéines au cours du cycle cellulaire de cellules BY2 de tabac. Nous présentons enfin les résultats concernant la caractérisation de mutant ''knock out'' d'arabidopis thaliana et l'analyse des phenotypes induits. Nous montrons que les protéines ont des effets différents sur la division des chloroplastes ce qui suggère des fonctions différentes pour les protéines FTSZ.

Plastids are organelles in plant cells that are essential for plant growth and development. In highter plants, the FTSZ protein, the ancestor of tubulin, has been shown to be implicated in both proplastid division, which occurs in dividing cells and in the division of the differentiated plastids present in non-dividing cell. In plants, the FTSZ genes belong to two distinct families ; FTSZ1 and FTSZ2. However, the roles of the corresponding proteins FTSZ1 and FTSZ2 in plastid division have not been determinated. Here we show thaht the expression of plant FTSZ1 and FTSZ2 in bacteria has a different effect on cell division and that distinct protein domains are involved in the process. We have studied the assembly of purified FTSZ1 and FTSZ2. This has revealed that only FTSZ1 is capable of forming long rod-shaped fractions, we show that both proteins are present in the stroma, and that a subset of FTSZ2 is tightly bound to the purified envelope membranes. These results indicate that FTSZ2 has a distinct pattern of localisation from FTSZ1, which can be related to distinct properties of the proteins. From the results presented here we propose a model for the sequential topological localisation and function of green plant FTSZ1 and FTSZ2 in chloroplast division. In addition, we have studied the expression of both proteins during the cell cycle in tobacco BY2 cells. We have also characterised arabidopsis thaliana knock out mutants and analysed the phenotypes induced. We show that the proteins have different effect on plastid and probably have different functions.