Functional diversity of AtESL sugar transporters in development and response of Arabidopsis thaliana to abiotic constraints

par Abir Israel

Thèse de doctorat en Physiologie végétale

Sous la direction de Maryse Laloi et de Fabienne Dédaldéchamp.

Le président du jury était Éric Gomes.

Le jury était composé de Maryse Laloi, Fabienne Dédaldéchamp, Rossitza Atanassova, Vincent Courdavault.

Les rapporteurs étaient Marie-Pascale Prud'homme, Soulaïman Sakr.

  • Titre traduit

    Diversité fonctionnelle des transporteurs de sucres AtESL dans le développement et la réponse d'Arabidopsis thaliana aux contraintes abiotiques


  • Résumé

    Le déficit hydrique est l'un des facteurs abiotiques les plus importants, qui affecte gravement la croissance et le développement des plantes ainsi que le rendement des cultures. Chez Arabidopsis thaliana, les transporteurs de monosaccharides ESL (Early response to dehydration Six-Like) forment l'une des plus grandes sous-familles de transporteurs de sucre, cependant leurs fonctions biologiques ne sont pas encore élucidées. Notre analyse phylogénétique a révélé l'émergence de cette famille de gènes chez les Streptophytes, leur répartition en trois principaux groupes (ESL1, ESL2 et ESL3) ainsi que leur diversification qui est étroitement liée à l'évolution des plantes terrestres. Dans le but d'élucider la diversité fonctionnelle des AtESL dans le développement des plantes et leurs réponses aux stress abiotiques, le phénotypage de plantes sauvages Col-0 et mutantes esl a été effectué aux niveaux morphologique, physiologique, biochimique et moléculaire, dans des conditions d'arrosage et de carence en eau. Le profil d'expression des gènes ESL, en réponse au déficit en eau, a révélé l’induction de quatre d’entre eux et la répression de huit autres gènes. Afin de comprendre les rôles des transporteurs ESL induits par la carence en eau, quatre simples mutants d'insertion T-DNA ont été identifiés et caractérisés. L’absence de phénotypes marquants pour ces simples mutants, nous a conduit à créer par croisements génétiques dans différentes combinaisons, trois doubles et deux triples mutants esl. Grace à des tests de germination de graines des simples, doubles et triples mutants esl, nous avons fourni des preuves de leur sensibilité/résistance différentielle à la germination à l'ABA, au glucose, à la salinité et au froid. Pour mieux comprendre l'activité de transport de sucres de AtESL3.5 et de AtESL3.3, nous avons réalisé une expression hétérologue dans S. cerevisiae, ainsi que des essais de transport de sucres sur des vacuoles isolées de la plante. Finalement, en utilisant des constructions de fusion de protéines avec deux marqueurs fluorescents différents exprimées de façon transitoire dans des protoplastes isolés de feuilles de tabac agro-infiltrées, nous avons démontré que AtESL3.5 est localisé dans le tonoplaste.


  • Résumé

    Water deficit is among the most important abiotic factors, which severely affects plant growth, development, and crop yield. In Arabidopsis thaliana, the monosaccharide transporters ESL (Early response to dehydration Six-Like) represent one of the largest sugar transporter subfamilies, but until now their biological functions remain not elucidated. Our phylogenetic analysis revealed the emergence of the ESL gene family in Streptophyta, while their diversification and distribution in three groups (ESL1, ESL2, and ESL3) are closely related to the evolution of land plants. In the aim to unravel the functional diversity of AtESLs in plant development and stress responses, phenotyping of wild-genotype Col0 and esl mutant plants was performed at morphological, physiological, biochemical, and molecular levels, under conditions of watering and water deprivation. The expression profiling of ESL genes revealed up-regulation of four genes and down-regulation of eight genes in response to water deficit. In order to decipher the roles of ESL transporters, four T-DNA insertional mutants corresponding to each of the four drought-responsive genes were identified. Given the lack of specific phenotypes for single mutants, we created through their genetic crossing in different combinations three double and two triple esl mutants. Using seed germination assays for esl single, double, and triple mutants we provided evidence for their differential germination sensitivity/resistance to ABA, glucose, salinity and cold treatments. To gain further insight into the sugar transport activity of AtESL3.5 and AtESL3.3, heterologous expression in S. cerevisiae, as well as sugar transport assays on plant isolated vacuoles were developed. Eventually, though using protein fusion constructs with two different fluorescent markers, and their transient expression in protoplasts isolated from agro-infiltrated tobacco leaves we demonstrated that AtESL3.5 is localized in the tonoplast.


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