Caractérisation fonctionnelle des protéines WSCP ''Water Soluble Chlorophyll Proteins'' du colza

Functional characterization of WSCP “Water-Soluble Chlorophyll Proteins” from rapeseed

• Auteur / Autrice : Youssef Bouargalne
• Direction : Carole Deleu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie et physiologie végétales
• Date : Soutenance le 10/06/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : EGAAL
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes
• Jury : Président / Présidente : David Macherel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Etienne, Françoise Le Caherec
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anne Repellin, Pierre Carol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Colza

Thermophorèse

Antiprotéases

Protéines recombinées

Mots clés libres

BnD22

Protéines recombinantes His-Tag

Liaison à la chlorophylle

Inhibiteur de protéase Kunitz

Expression transitoire

Microscale thermophorèse

BnD22

His-Tag recombinant protein

Chlorophyll-Binding

Kunitz protease inhibitors

Transient expression

Microscale thermophoresis

Résumé

Les WSCPII, spécifiques des Brassicaceae, sont des protéines hydrosolubles non-photosynthétiques, qui peuvent se lier aux chlorophylles (Chls). Ces protéines font partie des inhibiteurs de protéases (IP) de type Kunitz et certaines sont surexprimées en réponse à des contraintes abiotiques. L’existence de telles protéines avec une double fonctionnalité de liaison aux Chls et/ou IP reste un sujet à débat et leurs rôles dans les processus physiologiques sont à ce jour très peu documentés. L’objectif de cette thèse est d’apporter des connaissances nouvelles sur ces protéines particulières par leur caractérisation fonctionnelle. Nous avons montré que BnD22, WSCPII majeure foliaire de colza, est une protéine bifonctionnelle capable d’inhiber les Cys protéases et de se lier aux Chls avec une affinité pour la Chla. Ces deux fonctions peuvent être simultanées avec un pouvoir d’inhibition accru lorsque les protéines sont complexées aux Chls. De plus, BnD22 n’est pas localisée dans le chloroplaste mais dans le réticulum endoplasmique et la vacuole. Par ailleurs, nos études phylogénétiques ont révélé chez le colza l’existence d’une famille multigénique divisée en groupes distincts en fonction de leur capacité ou non à se lier aux Chls. La présence des multicopies s’expliqueraient par des profils d'expression différents selon les organes et les stades de développement, et des propriétés fonctionnelles diverses ou redondantes. L’ensemble de ces travaux a permis de valider la diversité fonctionnelle naturelle (IP et/ou liaison aux Chls) des WSCPII du colza ce qui permettra à l’avenir de mieux appréhender les propriétés fonctionnelles des WSCPII et de comprendre leurs rôles physiologiques.

Class II WSCP (WSCPII) are non-photosynthetic soluble proteins that bind chlorophyll, and have been found so far only in Brassicaceae. These proteins belong to the Kunitz-type protease inhibitor (PI) family and some of them are overexpressed under abiotic stress conditions. Little is known about the dual function of WSCPII and their physiological role is much more limited. The aim of this study was to characterize the function of WSCPII from rapeseed. We first showed that BnD22, the major rapeseed leaf WSCPII, is a bifunctional protein that inhibit Cys proteases and bind Chls with preferential affinity to Chla. These two functions can be simultaneous with an enhanced inhibitory activity when proteins are complexed with Chls. Moreover, we demonstrated that BnD22 is not localized in the chloroplast but in the endoplasmic reticulum and the vacuole. Furthermore, we have demonstrated that rapeseed possesses a multigene family of WSCPII, split into distinct groups associated to preferential binding to Chla or Chlb or the loss of Chl-binding capacity. Rapeseed WSCPII exhibit organ- and developmental stage- specific expression patterns and they possess diverse or redundant functional properties. Altogether, these results allow to understand the functional properties of WSCPII that may open new gate to understand their physiological roles.