Identification d’acteurs moléculaires impliqués dans les régulations transcriptionnelles du gène AtFER1 chez A. thaliana

Identification of molecular elements involved in iron homeostasis signaling pathway in A. thaliana

• Auteur / Autrice : Marc Bournier
• Direction : Frédéric Gaymard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 17/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biochimie et Physiologie Moléculaire des Plantes - BPMP - Monptellier SupAgro
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Gaymard, Bruno Touraine, François-Yves Bouget, Dominique Expert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andreas Niebel, Thierry Desnos

Mots clés

Mots clés libres

Fer

Homéostasie

Horloge circadienne

Phosphate

Ferritin

Homeostasis

Circadian Clock

Phosphate

Résumé

De part ses propriétés physico-chimiques, le fer est un cofacteur de choix pour de nombreuses enzymes, impliquées dans de multiples processus biologiques, comme la photosynthèse ou la respiration. Cependant, sa capacité à gagner/perdre des électrons le rend très réactif, et potentiellement toxique. Son homéostasie doit donc être finement régulée. Chez A. thaliana, le gène de ferritine AtFER1 est régulé transcriptionnellement par le fer, et son expression est régulée par le rythme circadien. Au début de ce travail, aucun facteur de transcription impliqué dans cette régulation n'était identifié. Des cribles simple hybride en levure ont été réalisés, permettant l'identification de deux facteurs de transcription régulant le gène AtFER1: AtPHR1 et AtPIF7.PHR1 (Phosphate starvation Response1) et son homologue PHL1 (PHr1 Like 1) sont des facteurs de transcription impliqués dans la réponse à la carence en phosphate. Ils régulent directement le gène AtFER1, en se fixant sur l'élément 2 du promoteur d'AtFER1. Cette régulation ne fait pas intervenir l'IDRS et est indépendante du statut en fer des plantes. Par ailleurs, l'homéostasie du fer est affectée dans le double mutant phr1 phl1. Ces résultats montrent l'existence d'un lien moléculaire direct entre les homéostasies du fer et du phosphate.PIF7 (Phytochrome Interacting Factor 7) est un facteur de transcription de type bHLH impliqué dans la régulation circadienne des gènes DREB. Il se fixe probablement sur la G-box présente dans l'élément 5 du promoteur d'AtFer1. Dans un mutant perte de fonction pour le gène PIF7, l'amplitude des oscillations de l'expression du gène AtFer1 en cycles jour/nuit est augmentée. Un résultat similaire est obtenu lorsque l'élément 5 est muté dans des lignées trasngéniques exprimant le gène rapporteur LUC sous le contrôle du promoteur d'AtFer1. Ces résultats montrent que PIF7 est un répresseur de l'expression d'AtFer1.

Due to its redox properties, iron is a major cofactor for numerous proteins involved in many biological processes such as photosynthesis or respiration. Nevertheless, its ability to easily gain or lose electrons makes it highly reactive with oxygen and potentially toxic. Iron homeostasis has to be tightly regulated. In A. thaliana, AtFER1 ferritin gene is regulated at the transcriptional level by iron, and its expression is regulated by the circadian clock. Before this work, no transcription factor involved AtFer1 regulation has been identified. A yeast one hybrid was performed and allowed us to identify PHR1 and PIF7 as transcription factors involved in AtFER1 regulation. PHR1 (Phosphate starvation Response1) and its homolog PHL1 (PHr1 Like 1) are transcription factors involved in phosphate starvation response. They directly regulate AtFER1 expression and bind to the element 2 present in AtFER1 promoter. This regulation does not involve the IDRS sequence and is independent of iron status of plants. Moreover, iron homeostasis is affected in phr1phl1 double mutant. These results highlight a direct molecular link between iron and phosphate homeostasis.PIF7 (Phytochrome Interacting Factor 7) is a bHLH transcription factor involved in the circadian regulation of DREB genes. PIF7 probably interacts with the G-box found in element 5 in AtFER1 promoter region. In a pif7 knock-out mutant, amplitude of AtFer1 oscillations during light dark cycles are increased. Such a result was also obtained with transgenic lines expressing LUC reporter gene under the control of AtFER1 promoter region harboring a mutation in element 5. These results show that PIF7 is a repressor of AtFer1 expression.