Caractérisation moléculaire et rôle développemental d’une famille de protéines à motifs AGO-hook et RRM chez Arabidopsis thaliana

Molecular characterization and developmental role of a family of proteins harboring both RRM and AGO-hook motifs in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Alicia Kairouani
• Direction : Thierry Lagrange, Natacha Bies-Etheve
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 19/12/2019
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génome et Développement des Plantes (Perpignan) - Laboratoire Génome et développement des plantes / LGDP
• Jury : Président / Présidente : Jean-Philippe Reichheld
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Philippe Reichheld, Jacqueline Grima-Pettenati, Damien Garcia, Nathalie Picault, Antoine Martin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jacqueline Grima-Pettenati, Damien Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Motif de reconnaissance de l'ARN

Protéines Argonaute

Interactions ARN-protéine

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Arabidopsis thaliana

Rrm

Argonaute

Développement

Tige

Arabidopsis thaliana

Rrm

Argonaute

Development

Stem

Résumé

Le RNA silencing est un mécanisme de régulation génique qui contrôle de nombreux processus biologiques chez les eucaryotes. Il se caractérise par la production de petits ARNs en association avec des protéines Argonaute (AGO) dans un complexe effecteur de silencing nommé RISC (AGO-containing RNA-Induced Silencing Complex). Les partenaires des AGO présentent souvent un motif appelé AGO-HOOK, enrichi en répétitions WG/GW et très conservé chez les eucaryotes. Une approche informatique a permis d'identifier des protéines présentant de potentiels domaines AGO-HOOK chez Arabidopsis thaliana parmi lesquelles quatre appartiennent à une famille de protéines à motif de liaison à l’ARN de type RRM (pour RNA Recognition Motif), objet de cette thèse et que nous avons nommées RAHP (pour RRM and AGO-HOOK containing Proteins). Nos travaux ont permis de montrer que les gènes RAHPs sont exprimés et que les protéines correspondantes sont localisées dans le cytoplasme et le noyau. La nature AGO-HOOK des protéines RAHP a été validée par la mise en évidence d’une association préférentielle avec AGO1 in vivo. L’identification de lignées perte de fonction des gènes RAHPs et l’obtention de mutants multiples ont révélé des phénotypes développementaux tels qu’une altération du gravitropisme racinaire, une sénescence précoce des feuilles, un développement altéré des rosettes et une perte de rigidité de la tige. Une étude génétique indique que RAHP 2 et -4 agissent de façon redondante dans le contrôle de ces processus développementaux. L’importance des domaines RRM, mais pas des motifs AGO-HOOK, dans l’activité de ces protéines a été démontrée par complémentation fonctionnelle. L’étude approfondie du phénotype de rigidité de la tige révèle une perte d’accumulation de lignine chez le mutant rahp2/4. Une analyse RNA-seq a permis d’identifier des gènes candidats dont l’expression est augmentée dans le mutant rahp2/4 et qui appartiennent principalement aux catégories des gènes de défense et des gènes du catabolisme des polysaccharides. Ce travail ouvre des perspectives d’analyse quant à la fonction des protéines RAPH in vivo.

RNA silencing is a conserved molecular mechanism which plays important roles in different biological processes. It is characterized by the production of small RNAs that associate with Argonaute (AGO) proteins forming the so-called RNA-Induced Silencing Complex (RISC). The AGO partners generally harbor a motif enriched in WG/GW repeats named AGO-HOOK. Such domains are highly conserved in eukaryotes and a bioinformatic approach allowed us to identify, in the Arabidopsis genome, about 40 encoded proteins containing a potential AGO-HOOK domain. Among these candidates, a family of four proteins contains also an RNA Recognition Motif (RRM) domain. Interestingly, these proteins have been recently identified in Arabidopsis messenger RNA proteome. My thesis work consisted in studying the function of these four proteins, called RAHP for RRM and AGO-HOOK containing Proteins. We have shown that RAHP genes are expressed and that the corresponding proteins are localized in the cytoplasm and nuclei. Biochemical analysis suggests that RAHP proteins could interact with AGO1 in vivo. The identification of knock-out lines and the production of multiple mutants (double, triple and quadruple) reveal a dominant and redundant role of RAHP2 and RAHP4 proteins in vivo. The mutants present pleiotropic defects affecting root gravitropism, leaf senescence, rosette development and stem rigidity. Mutations of RAHP domains reveal the importance of RRM but not the AGO-hook domain in the developmental function of these proteins. We focused our work on the study of the pendant stem phenotype showing that it correlates with modifications of the secondary cell wall and a loss of lignin. RNA-seq analysis performed on the stem identified several genes whose expression is up-regulated in the mutants and that belong to the defense and polysaccharide catabolism gene categories. This work opens perspectives regarding the function of RAHP proteins in Arabidopsis.