Ontologie de l'appareil transcriptionnel plastidial au cours de la germination et du développement de la jeune plantule

Ontology of the plastid transcriptional machinery during germination and early plant development

• Auteur / Autrice : Emilie Demarsy
• Direction : Silva Lerbs-Mache
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble, Isère, France ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

ARN polymérases

Germination

Plastes

Mots clés libres

Transcriptome

Résumé

La graine au cours de la germination utilise ses réserves puis acquiert des capacités d'autotrophie. Cette transition de mode de nutrition dépend de la différenciation des proplastes, présents dans les graines matures, en chloroplastes. Ces derniers organites possèdent un génome d'environ 150 kpb chez les végétaux supérieurs. Malgré cette taille réduite, la transcription du génome plastidial fait intervenir au moins 2 types d'ARN polymérases : les NEP, ARN polymérase de type phagique codées dans le noyau, et la PEP, d'origine procaryote et dont les sous unités catalytiques sont codées dans le plastome. Nous nous sommes intéressés au fonctionnement de ces ARN polymérases lors de la germination et des premières phases de développement de la jeune plantule, afm de savoir si, d'une part, ces polymérases sont exprimées et actives lors des stades précédant la mise en place de la photosynthèse et, d'autre part, d'évaluer l'importance de leurs activités dans le processus germinatif. Après avoir démontré que ces deux types d' ARN polymérases sont présentes dans les graines de deux plantes, chez Arabidopsis et l'épinard, nous avons cherché à caractériser le rôle de chacune d'entre elles. Nous avons utilisé pour cela plusieurs approches, combinant l'utilisation d'un inhibiteur spécifique de la PEP et de mutants d'expression des NEP, à des méthodes d'analyse à petite échelle (Northem blot, extension d'amorces) et à grande échelle (transcriptomique, protéomique). Nous montrons pour la première fois que les deux types d'ARN polymérases plastidiales sont actives simultanément et dès le début de la germination (imbibition) contredisant l'idée courante d'une activité séquentielle des polymérases. Nous montrons également pour la première fois l'expression antisens d'un groupe de gènes plastidiaux dont certains sont présents dans les graines. Nous montrons enfm que les toutes premières étapes de la transcription plastidiale concernent l'opéron ribosomique et que l'expression de cet opéron pendant la germination fait intervenir à la fois la PEP et une des NEP. L'absence d'activité de l'une ou l'autre provoque essentiellement une déficience de transcription des ARN ribosomiques plastidiaux et induit un retard de germination. En conclusion notre travail souligne l'importance et la nécessité de la transcription plastidiale au cours de la germination.

During the germination process the seed uses all the reserves that it contains and only afterwards becomes autotrophic. This transition in the nutrition mode is dependent on the differentiation of proplastids (that are present in the mature seed) into chloroplasts. Ln higher plants, chloroplasts contain a genome of around 150 kb. However, despite the small size, the genome is transcribed by two different types of RNA polymerases: the NEPs enzymes, which are phage-type polymerases and are encoded by the nucleus Œucleus-gncoded RNA rolymerase), and the PEP enzyme, which is a eubacterial-type polymerase and contains plastid-encoded subunits. Aim of this study is to investigate the role of the plastid RNA polymerases during germination and early plant development. First of all, we have analysed if all the RNA polymerases are expressed and active in the stages before the building up of the photosynthetic apparatus and if they are required by the germination process. We have indeed shown that both the NEP and the PEP polymerases are aIready present in the seeds oftwo plant species, Arabidopsis and Spinach. Ln order to determine the role of each enzyme, we have analysed the transcriptome and the proteome of plants where the plastid polymerases were inactive. For this reason, we have either analysed plants that contain mutations in the genes coding for the NEP enzymes or that were treated with a specifie inhibitor of the PEP polymerases. Both large scale and small scale approaches were used. For the first time, we have shown that both types ofplastid RNA polymerases are active at the same time and since the beginning ofthe germination process (imbibition). Our data are in opposition to the CUITent opinion that suggests that NEP and PEP polymerases transcribe the plastid genome in a sequential fashion. For the first time, we have also shown the anti-sense expression of a group of plastid genes, in same cases even in the seeds. Finally, we have shown that during germination one of the fust gene-unit to be transcribed in the plastid is the ribosomal operon. Interestingly, the expression of the ribosomal operon needs both NEP and PEP polymerases. Therefore, the main consequence of the absence of either one of the two polymerases types is the reduction of the ribosomal RNAs synthesis that leads to a germination delay. Ln conclusion, our study shows the importance and the requirement of the transcription of the plastid genome during the germination process.