Etude des mécanismes physiologiques et moléculaires de la co-régulation de l'homeostasie du phosphate et celle du zinc chez les plantes

Study of Physiological and molecular mechanisms underlying the co-regulation between phosphate and zinc homeostasis in plants

• Auteur / Autrice : Mushtak Kisko
• Direction : Hatem Rouached
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecophysiologie et adaptation des plantes
• Date : Soutenance le 08/03/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Mari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hatem Rouached, Stéphane Mari, Sébastien Thomine, Moez Hanin, Benoît Lacombe
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Sébastien Thomine, Moez Hanin

Mots clés

Mots clés libres

Phosphate

Zinc

Homeostasie

Phosphate

Zinc

Homeostasis

Résumé

Chez les plantes, alors qu'il est clair que l'homéostasie des différents nutriments est fortement dépendante les uns des autres, ils sont généralement étudiés indépendamment les uns des autres. Étant donné la rareté des études antérieures évaluant la signification biologique de l'interaction de l'homéostasie des nutriments minéraux, on en sait très peu sur la base génétique et moléculaire de ces interactions. Au cours de ma thèse, nous avons progressé de manière significative vers une compréhension plus intégrative du problème et identifié les bases moléculaires et génétiques d'une interaction nutritive très importante et conservée: l'interaction du zinc et du phosphate, dans laquelle les gènes PHO1;H3 et Lyso PhosphatidylCholine (PC) AcylTransferase 1 (LPCAT1) jouent des rôles centraux. En combinant des approches de biologie systémique et de biologie fonctionnelle, nous avons identifié le module fonctionnel (quatre facteurs transcriptions) qui régule l'expression de PHO1; H3 en condition de carence en Zn. Suite à une étude de génétique d’association (GWAS) nous avons découvert un nouveau rôle du gène LPCAT1 dans l’accumulation du phosphate en conditions de carence en Zn, Ensuite, nous avons déterminé une voie moléculaire complète contrôlant l'expression de ce gène. Ce travail nous permis de révéler un lien fondamental entre le métabolisme des phospholipides et l'interaction homéostasie Pi-Zn, et de proposer un nouveau rôle pour Lyso-PC et PC dans le contrôle de l'interaction homéostasie macro- et micronutriments chez les plantes. Les résultats obtenus offrent une nouvelle perspective pour élabore des nouvelles stratégies pour améliorer l’accumulation de Pi dans les plantes via la modulation de la voie de signalisation de la carence en Zn.

In plants, while it is clear the homeostasis of different nutrients is highly dependent on each other, they are usually studied independent of each other. Given the paucity of past studies assessing the biological significance of mineral nutrient homeostasis interaction, very little is known about the genetic and molecular basis of such interactions. During my thesis, we made significant progress in going towards a more integrative comprehension of the problem and identify the molecular and genetic bases for a highly important and conserved nutrients interaction: the interaction of zinc and phosphate. First, using the phosphate transporter PHO1;H3 as entry molecular point, and by combining system biology and functional genomics approaches we have identified the functional module (four transcription factors) that regulates the expression and activity of PHO1;H3 under Zn deficiency leading to control Pi accumulation in shoots. Second, following our discovery of Lyso PhosphatidylCholine (PC) AcylTransferase 1 (LPCAT1) using genome-wide association studies (GWAS), we determined complete molecular pathway controlling the expression of this gene. We further uncovered a fundamental link between phospholipid metabolism and Pi-Zn homeostasis interaction via LPCAT1, which lays the foundations to explore a new role for Lyso-PC and PC in control of macro- and micronutrients homeostasis interaction. Taken together, our discoveries offer a new perspective on how to improve Pi content in plants, as our findings suggests that modulating the Zn-deficiency signalling pathway might be a good and simple approach for that.