Implications fonctionnelles de deux histone méthyltransferases dans les réponses aux stress et la régulation de la floraison chez Arabidopsis thaliana

Functional involvement of two histone-methyltransferases in response to stress and in regulation of flowering time in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Xue Zhang
• Direction : Wen-Hui Shen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 27/09/2019
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie moléculaire des plantes (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Edith Chabouté
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wen-Hui Shen, Marie-Edith Chabouté, Cristel Carles, Fredy Barneche, Dominique Delcasso-Trémousaygue, Alexandre Berr
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cristel Carles, Fredy Barneche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arabidopsis thaliana

Plantes -- Régulation génétique

Plantes -- Effets du stress

Histone méthyltransférases

Histones

Mots clés libres

Méthylation d'histones

Arabidopsis thaliana

Floraison

Stress dû au froid

Immunité

Transcription génique

SDG26

SDG8

Histone methylation

Arabidopsis thaliana

Flowering

Cold stress

Immunity

Gene transcription

SDG26

SDG8

Résumé

La méthylation des histones par des histone-méthyltransférases est essentielle à la régulation de la transcription. Chez les végétaux, plusieurs méthyltransférases jouent un rôle central dans différents processus cellulaires. Lors de ma thèse, j'ai étudié la fonction biologique de deux d’entre elles dans le contrôle des réponses à plusieurs stimuli chez Arabidopsis thaliana. Premièrement, mes résultats ont permis de démontrer que SDG8, une méthyltransférase spécifique de H3K36, contrôlait la transcription de NPR1, un acteur central de l’immunité induite par l’acide salicylique, et en lien avec la RNAPII permettait l’induction transcriptionnelle efficace de plusieurs gènes de défense suite à leur stimulation. Deuxièmement, j'ai démontré que SDG26, une méthyltransférase proche de SDG8, jouait un rôle important dans la réponse aux stress abiotiques. J'ai découvert ainsi que SDG26 régulait la réponse au froid en activant directement la transcription des gènes SOC1 et CBF en se liant à leur chromatine et en déposant H3K36me3. Sachant que l’acide abscissique (ABA) joue un rôle important dans la réponse aux stress abiotiques, j'ai pu constater que SDG26 contrôlait l'accumulation d'ABA en régulant l'expression de gènes liés à son homéostasie. Enfin, j'ai confirmé par une approche génétique que SDG26 était un élément appartenant à la voie de floraison dite autonome. Au sein d'un complexe multi-protéique comprenant l'histone déméthylase FLD, le facteur de transcription homéobox LD, ainsi qu'un composant de COMPASS, APRF1, SDG26 semble contrôler la transcription du répresseur de floraison, FLC, ainsi que de sa cible, l'activateur de floraison SOC1, afin de réguler précisément la transition florale.

Histone methylation catalyzed by histone methyltransferase is essential in transcriptional regulation of gene expression. Histone methyltransferases are known to play crucial roles in multiple cellular processes in plants. My PhD work investigated the biological function of two histone methyltransferases in controlling plant responses to various environmental stimuli in Arabidopsis thaliana. In the first part, my results demonstrated that the H3K36-methyltransferase SDG8 transcriptionally regulates NPR1, a central player in salicylic acid-mediated immunity and co-acts with the RNAPII to enable the efficient transcriptional induction of several defense genes upon stimulation. In the second part, my work unraveled that SDG26, another ortholog of the animal H3K36-methyltransferase, plays an important role in plant response to abiotic stresses. By focusing on cold stress, SDG26 was shown to regulate the cold stress response by directly activating the transcription of SOC1 and CBF genes through binding their chromatin and depositing H3K36me3. Interestingly, SDG26 mastered the accumulation of ABA by regulating the expression of ABA homeostasis-related genes, suggesting an involvement of ABA pathway in the cold response. In the last part, using a genetic approach my work established SDG26 as an autonomous flowering pathway component. Accordingly, SDG26 was found in a multiple-protein complex comprising the histone demethylase FLD, the homeobox-domain transcription factor LD, as well as a putative COMPASS component APRF1. This multiple-protein complex was found in controlling the repression of the major flowering repressor FLC as well as the activation of the flowering activator SOC1 to precisely regulate the floral transition.