Etude des relations structure-fonction de la protéine ORF 138 responsable de la stérilité mâle cytosplasmique Ogura

Structure-function studies of the Ogura cytoplasmic male sterility inducing protein

• Auteur / Autrice : Yann Duroc
• Direction : Françoise Budar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences biologiques. Science du végétal
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Mitochondrie

Alternative oxydase

Mort cellulaire

Stress oxydant

Résumé

La protéine ORF138 (codée par le génome mitochondrial) est une protéine membranaire mitochondriale responsable de la stérilité mâle cytoplasmique (SMC) Ogura. Le phénotype des plantes stériles se manifeste par une dégénérescence prématurée du tapis de l'anthère selon un mécanisme encore inconnu alors que la protéine ORF138 est présente dans tous les tissus. Les objectifs du travail de thèse étaient de développer des outils moléculaires et biochimiques pour obtenir des informations pertinentes sur cette protéine, et permettre l'élaboration d'hypothèses solides quant au mécanisme de stérilité mâle. Nous avons montré que l'association des domaines hydrophobe et hydrophile de la protéine est indispensable à son effet. Un domaine de 15 acides aminés dont la structure secondaire est conservée entre 3 protéines de SMC non apparentées a été mis en évidence et joue également un rôle dans cet effet. Nous avons montré que l'ORF138 est enchâssée dans la membrane interne mitochondriale de colza sous des formes homooligomériques. Un complexe protéique de taille comprise entre 750 et 900 kDa impliquant l'ORF138 a également été identifié. Nous avons aussi prouvé que l'ORF138 peut être co-purifiée avec des composants nucléoprotéiques mitochondriaux de plantes mâle stériles. Une plus forte accumulation de l'alternative oxydase mitochondriale probablement accompagnée d'une activité accrue ont été observées chez les plantes stériles. La liaison entre stress oxydant et activité alternative oxydase est bien connue, et un lien possible entre un stress oxydant et la mort prématurée du tapis constitue une des pistes les plus prometteuses pour l'élucidation du mécanisme de stérilité.

The ORF138 protein (encoded by the mitochondrial genome) is a mitochondrial membrane protein responsible of Ogura cytoplasmic male sterility (CMS) in Brassicaceae. In sterile plants microspore abortion is apparently due to premature degeneration of the anther tapetum, by a still unknown mechanism. This is the only induced phenotype whereas ORF138 is present in all tissues. The objectives of this work were to develop molecular and biochemical tools for the study of this protein, and to obtain relevent information for setting up hypotheses about the mechanism of male sterility. We showed that the association of the hydrophobic and hydrophilic domains of the protein is essential for its effect. A domain of 15 amino acids, sharing predicted secondary structure with two other proteins of unrelated CMS's, was highlighted and showed to play a role in this effect. We showed that ORF138 was integrated in the mitochondrial inner membrane of rapeseed and formed homooligomers. A proteic complex of size ranging between 750 and 900 kDa implying ORF138 was also identified. We also proved that ORF138 can be copurified with mitochondrial nucleoproteic components of male sterile plants. An increased accumulation of mitochondrial alternative oxydase probably accompanied by an increased activity, was observed in the sterile plants compared to fertiles. The connection between oxidative stress and alternative oxydase activity is well-known, and a possible bond between an oxidizing stress and the premature death of the tapetum constitutes one of the most promising tracks for the elucidation of the sterility mechanism.