Séparation de phase de la protéine EARLY FLOWERING 3 et réponse aux températures chez les plantes

Phase Separation of EARLY FLOWERING 3 and Plant Thermoresponse

• Auteur / Autrice : Aleksandra Mironova
• Direction : Chloé Zubieta
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biotechnologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPCV - Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale

Mots clés

Mots clés libres

Protéine EFL3

Arabidopsis thaliana

Réponse aux températures

Séparation de phase liquide-liquide

Diffusion des rayons X aux petits angles

Protein EFL3

Arabidopsis thaliana

Thermosensing

Liquid-liquid phase separation

Small angle X-ray scattering

Résumé

L'augmentation des températures moyennes due au réchauffement climatique a déjà modifié la phénologie des plantes, tant pour les espèces sauvages que pour les espèces domestiquées. Les plantes sont capables de percevoir la température et de reprogrammer ensuite leur croissance et leur développement pour une reproduction et une survie optimales dans des conditions climatiques plus chaudes. La protéine végétale conservée, EARLY FLOWERING 3 (ELF3), joue un rôle central dans la croissance régulée par le rythme circadien et les voies de signalisation de réponse environnementale. ELF3 agit comme un échafaudage pour la formation de complexes avec des facteurs de transcription tels que LUX ARRYTHMO, EARLY FLOWERING 4 et PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4, tous connus pour jouer des rôles dans la croissance régulée par le rythme circadien et la réponse à la température. Chez Arabidopsis Thaliana et d'autres Brassicaceae, ELF3 possède un domaine de type prion (PrD) peu complexe, contenant des répétitions de poly-glutamine (polyQ) de longueurs variables. Le nombre de polyQ varie entre les différentes accessions d'Arabidopsis et au sein de la famille des Brassicacaea, et modifie la thermoréponse des plantes. Des études récentes ont démontré que la PrD ELF3 déclenche la séparation de phase liquide-liquide (LLPS) in vitro et in vivo d'une manière sensible au pH et à la température, et que la LLPS est nécessaire pour la thermoréponse des plantes. Cependant, les déterminants moléculaires de la séparation de phase sont mal compris et les effets de la variation du polyQ sur la structure et la dynamique de l'état de séparation de phase sont inconnus. Cette thèse de doctorat déterminera la structure et la dynamique des PrDs ELF3 en utilisant une combinaison entre des essais biochimiques, la microscopie à fluorescence et la diffusion des rayons X aux petits angles, puis on les corrélera avec les fonctions in planta. Le projet fournira une compréhension biophysique et moléculaire de la façon dont le pH et la température déclenchent la séparation de phase d'ELF3 et l'effet sur l'activité d'ELF3. A long terme, ces résultats nous permettront de moduler les états de phase d'ELF3 afin de régler la réponse thermique des plantes.

Increased average temperatures due to global warming have already altered plant phenology for both wild and domesticated species. Plants are able to perceive temperature and subsequently reprogram their growth and development for optimal reproduction and survival under warmer climatic conditions. The conserved plant protein, EARLY FLOWERING 3 (ELF3), plays a central role in both the circadian regulated growth and environmental response signalling pathways. ELF3 acts as a scaffold for complex formation with transcription factors such as LUX ARRYTHMO, EARLY FLOWERING 4 and PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4, all known to play roles in circadian regulated growth and temperature response. In Arabidopsis Thaliana and other Brassicaceae, ELF3 has a low complexity prion-like domain (PrD) containing poly-glutamine (polyQ) repetitions of varying lengths. The number of polyQs varies across the different accessions of Arabidopsis and within the Brassicacaea family, and modifies plant thermoresponse. Recent studies have demonstrated that the ELF3 PrD triggers liquid-liquid phase separation (LLPS) in vitro and in vivo in a pH and temperature-sensitive manner and LLPS is required for plant thermoresponsiveness. However, the molecular determinants of phase separation are poorly understood and the effects of polyQ variation on the structure and dynamics of the phase separated state are unknown. This PhD thesis will determine the structure and dynamics of ELF3 PrDs using a combination of biochemical assays, fluorescence microscopy and small angle X-ray scattering and correlate this with in planta functions. The project will provide a biophysical and molecular understanding of how pH and temperature triggers phase separation of ELF3 and the effect on ELF3 activity. In the long term, these results will allow us to modulate ELF3 phase states for tuning of plant temperature response.