Oligogalacturonide signalisant et transduction du signal dans l'adhésion cellulaire

Signaling oligogalacturonides and transduction signal in cell adhesion

• Auteur / Autrice : Cyril Grandjean
• Direction : Grégory Mouille, Sophie Bouton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie. Biologie Cellulaire
• Date : Soutenance le 18/03/2022
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des Plantes et Innovation (Amiens ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : François Mesnard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Hervé
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Françoise Monéger, Jean-Claude Mollet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transduction du signal cellulaire chez les plantes

Paroi cellulaire végétale

Mots clés libres

Paroi

Pectine

Oligogalacturonide

Adhésion

Signalisation

Cell wall

Pectin

Cell adhesion

Signaling

Résumé

L'adhésion cellulaire chez les plantes est médiée par la présence de la paroi cellulaire. Cette matrice extracellulaire est constituée de polymères et constitue la zone de contact entre les cellules. Au cours de la croissance et du développement des plantes, la paroi cellulaire est soumise à divers événements de remodelage. Ces événements affectent notamment la structure des HomoGalacturonanes (HG), le principal composant des pectines. Ce remodelage est réalisé par l'action d'enzymes spécifiques, les pectines méthylesterases et leurs inhibiteurs (PME/PMEI), qui contrôlent le degré de méthyl estérification et les pectines acétyle estérases (PAE), qui affectent le degré d'acétylation. Enfin, les polygalacturonases et pectate lyases (PG, PLL) impactent le degré de polymérisation en générant des oligogalacturonnanes (OGs). Ces OG peuvent être perçues par des récepteurs associés à la paroi (Wall Associated Kinases) et jouent un rôle dans le déclenchement des réponses de défense et le contrôle du développement des plantes. Par ailleurs, d'autres polymères vont participer au maintien de l'adhésion comme la cellulose, l'hémicelluloses ou les protéines structurales. Cependant, le mécanisme par lequel la plante contrôle et le maintient l'adhésion cellulaire en réponse à ces modifications de la paroi cellulaire n'est pas encore entièrement compris. Une étude mené sur le mutant d'Arabidopsis thaliana quasimodo2, possédant des défauts d'adhésion cellulaire ainsi qu'une quantité réduite d'homogalacturonanes, et son suppresseur le mutant esmeralda1, suggère que ce défaut d'adhésion cellulaire peut être contourné par la modification d'une voie de signalisation, sans restaurer la quantité des HG. Ainsi, afin de mieux comprendre l'impact de la mutation esmd1, nous avons tenté d'identifier par différentes techniques, quelles pourraient être les signaux ou modifications pariétales engendrés par cette mutation. Nous avons révélé par GC/MS que différents composants de la paroi notamment les xyloglucanes et les pectines sont restaurés par la mutation esmeralda. Ainsi nous avons réalisé une empreinte enzymatique des HGs et des xyloglucanes par LC/MSMS, afin d'accéder à la structure fine de ces composants, révélant des patterns complètement restaurés chez le suppresseur. Par une analyse transcriptionnelle des différentes familles multigéniques responsables du remodelage des pectines. Des gènes candidats PME/PMEi PAE ont été identifiés comme potentiellement responsables de ces modifications. Nous avons aussi cherché à comprendre, comment la perception des OGs permet le maintien et/ou le contrôle de l'adhésion cellulaire. Nous avons réalisé une analyse LC/MSMS pour identifier les OG endogènes pouvant être impliqués. Cette approche a conduit à l'identification d'OGs/ou monosaccharides capables de restaurer l'adhésion cellulaire chez notre mutant quasimodo et à l'identification des acteurs de la paroi cellulaire responsables de cet événement

Cell adhesion in plants is mediated by the presence of the cell wall. It is composed of polysaccharides, which allow adhesion of cells between them. During plant growth and development, the cell wall is subjected to various remodeling events. These events involved homogalacturonans (HG), the major component of pectins. This remodeling is achieved through the action of specific enzymes, pectin methylesterase and their inhibitors (PME / PMEIs), which control the degree of methyl esterification; and polygalacturonases and pectate lyases (PG, PLL), which impact the degree of polymerization (Pelloux et al. 2007, Hocq et al., 2017) and generate oligogalacturonnans (OGs) (figure 1). These demethylesterified OGs may be perceived by wall-associated kinases (WAK) receptors (Kohorn et al., 2009) and play a role in elicitation of plant defense responses and control of plant development (Kohorn et al., 2014). However, the mechanism by which the plant controls and maintains cell adhesion in response to these cell wall changes is still not completely elucidated. A study carried out on an Arabidopsis thaliana quasimodo mutant (mutant in a gene encoding a putative pectin methyltransferase), displaying adhesion defects, and its suppressor esmeralda (mutant in a gene encoding a putative O-fucosyltransferase), demonstrates that this cell adhesion defect can be bypassed via the modification of a stress signaling pathway (Verger et al., 2016). In fact, the cell adhesion phenotype as well as the expression of the fad lox gene (stress response gene) are restored by esmd without restoring of the amount of HGs. In addition, we investigated the expression of PMEs and PMEIs in the various genetic backgrounds. The results demonstrate that four PMEs and one PMEI are up-regulated in quasimodo. In contrast, these genes are down-regulated in esmeralda and the double mutant esmeralda-quasimodo. These results confirm that the transduction pathway we are interested in impact the transcription of remodeling enzymes. The work presented here aims to fill the gap of knowledge between : the control of cell adhesion and the transcriptional regulation of remodeling enzymes such as the PMEs, PMEi. To reach this goal we will: WP1) identify genes involved in the ESMERALDA-mediated signal transduction cascade that controls cell adhesion during plant development. WP2) investigate the identification of OGs and test their impact on the control of cell adhesion, since they are the most promising candidate a signaling molecule in our pathway. WP3) we will express the different PMEs (20,35,53,41) and PMEIs (4) and define their specificity towards methylesterification that could explain the production of particular OGs.