Les canaux vacuolaires de la famille des ALMT transportant le malate et le fumarate participent au métabolisme carboné chez Arabidopsis

The vacuolar malate and fumarate channels of the ALMT family participate to the Arabidopsis carbon metabolism

• Auteur / Autrice : Roxane Doireau
• Direction : Alexis De angeli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : BIDAP-Biologie et Amélioration des plantes
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IPSiM - Institut des Sciences des Plantes de Montpellier
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Coordination des flux ioniques et signalisation dans les cellules végétales
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Muller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alexis De angeli, Nathalie Leonhardt, Martine Dieuaide-noubhani, Sylvie Dinant
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathalie Leonhardt, Martine Dieuaide-noubhani

Mots clés

Mots clés libres

Vacuole

Canaux ionique

Acides organiques

Stomate

Vacuole

Ion channels

Organic acids

Stomata

Résumé

Chez les plantes, les acides organiques (malate, fumarate) constituent une part importante du carbone fixé par la photosynthèse. Ces acides organiques font partie des voies métaboliques primaires, étant des intermédiaires du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), jouant un rôle essentiel dans la régulation du pH cellulaire, et étant impliqués dans le mouvement des stomates. Chez Arabidopsis thaliana, la vacuole est une importante réserve transitoire de malate et de fumarate, permettant de maintenir les concentrations cytosoliques dans une gamme physiologique. Alors que le rôle de la vacuole en tant que réserve d'acides organiques est bien connu chez les plantes C4 et CAM, il reste à comprendre chez les plantes C3. Cela soulève la question de savoir si et comment le transport vacuolaire des acides organiques régule le métabolisme photosynthétique. Mon étude se concentre sur la famille de canaux ALMT, qui ne sont présents que chez les plantes. Tout d'abord, la caractérisation d'AtALMT5, jusqu'à présent inconnue, a révélé sa localisation vacuolaire ainsi que sa capacité à permettre l'influx de fumarate à la lumière. Ceci a révélé un lien entre les canaux AtALMT et le métabolisme du carbone. L'étude de multiples mutants knock-out pour les canaux vacuolaires AtALMT4, AtALMT5 et AtALMT9 a permis de mettre en évidence l'importance de ces canaux dans le stockage des acides organiques dans la vacuole. De plus, les mutants présentant une réduction de l'accumulation vacuolaire de malate et de fumarate ont également des stocks de carbone modifiés. Ces mutants accumulent plus de carbone sous forme de sucres solubles. En outre, l'activité du cycle TCA est augmentée pendant la phase lumineuse, ce qui entraîne une plus grande accumulation d'acides aminés. Ces changements métaboliques conduisent à un défaut de croissance de la rosette avec une sénescence précoce des feuilles les plus anciennes. De plus, la dernière partie de cette étude décrypte les fonctions des canaux AtALMT dans les cellules de garde, séparément des cellules du mésophylle. Nous avons complémenté plusieurs mutants knock-out uniquement dans les cellules de garde en utilisant un promoteur spécifique (GC1). Ceci a permis de révéler que plusieurs AtALMT ayant un profil d'expression similaire pouvaient avoir des fonctions différentes dans différents organes de la plante. Dans l'ensemble, mon étude identifie des acteurs moléculaires clés au niveau du tonoplaste capables d'influencer le métabolisme du carbone chez les plantes.

In plants, organic acids (malate, fumarate) constitute a significant part of the carbon fixed by photosynthesis. These organic acids are part of the primary metabolic pathways, being intermediates of the tricarboxylic acid (TCA) cycle, playing an essential role in regulating cellular pH, and involved in stomatal movement. In Arabidopsis thaliana, the vacuole is an important transient store of malate and fumarate, allowing to keep the cytosolic pools in a physiological range. While the role of the vacuole as a stock of organic acids is well known in C4 and CAM plants, in C3 plants it is still to be understood. This is raising the question if and how the vacuolar transport of organic acids regulates photosynthetic metabolism. My study focuses on the channel family ALMT, which are present only in plants. First, the characterisation of AtALMT5, until now unknown, revealed its vacuolar localisation as well as its capacity to mediate fumarate influx during the photoperiod. This revealed the importance of AtALMT channels in the carbon metabolism. The study of multiple knock-out mutants for vacuolar AtALMT4, AtALMT5 and AtALMT9 channels enabled us to reveal the importance of these channels in the storage of organic acids in the vacuole. Furthermore, mutants showing a reduction in vacuolar malate and fumarate accumulation also show a modified carbon stock composition. These mutants accumulate more carbon in the form of soluble sugars. In addition, TCA cycle activity is increased during photoperiod, resulting in greater amino acid accumulation. These metabolic changes lead to a rosette growth defect with an early senescence of the oldest leaves. Moreover, the last part of this study decipher the functions of the AtALMT channels in the guard cells, separately from the mesophyll cells. We complemented multiple knock-out mutants only in the guard cells using the guard cell 1 (GC1) promoter. This enabled to reveal that several AtALMT with similar expression pattern could have different functions in different plants organs. Altogether, my study identify key molecular actors at the tonoplast able to influence the carbon metabolism in plants.