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Analyse fonctionnelle de CIII peroxydases pariétales au cours du développement chez Arabidopsis thaliana

Contact : mail to Christophe DUNAND et mail to Philippe RANOCHA (Equipe Peroxydases : évolution et expression)
mail to Vincent Burlat (Equipe Protéines pariétales et développement)

Contexte
Les 73 CIII Peroxydases d’Arabidopsis thaliana présentent des profils d’expression spécifiques et une prédiction de localisation subcellulaire pariétale ou vacuolaire en fonction de l’absence ou la présence d’un motif C-terminal d’adressage vacuolaire (Francoz et al., 2014). Des études récentes tendent à montrer que la localisation fine de peroxydases individuelles doit conduire à la rencontre spécifique « enzyme-substrat » permettant une action contrôlée au niveau de micro-domaines pariétaux. Cette action peut ensuite conceptuellement impliquer un rôle de relâchement pariétal ou de renforcement pariétal (Figure). Dans le cadre d’un projet transversal impliquant les équipes « Peroxydases : évolution et expression » et « Protéines pariétales et Développement », nous étudions actuellement plus particulièrement le rôle de CIII peroxydases -principalement pariétales- au cours de deux processus développementaux conduisant à la formation de la graine et à sa germination. La sélection des candidats d’intérêt est basée sur une pre-sélection à travers l’analyse de données transcriptomiques et sur une sélection fine par hybridation d’ARN in situ systématique. L’analyse fonctionnelle des candidats retenus présentant un profil d’expression spécifique est principalement menée par génétique inverse avec un intérêt important pour la localisation fine des protéines candidates et pour l’étude de microphénotypes.

Objectifs
1°) Contrôle de la dynamique pariétale des cellules sécrétrices de mucilage (MSC) de la graine Au cours de l’embryogénèse les 5 couches cellulaires formant les téguments de la graine se spécialisent, la couche épidermique la plus externe présentant une dynamique pariétale remarquable. En effet, outre la paroi primaire principale, ces cellules synthétisent une paroi interne (columelle) en forme de volcan et produisent un abondant mucilage polysaccharidique comprimé entre la paroi primaire tangentielle externe et la columelle. Le rôle de ce mucilage ne se révèle que lors de l’imbibition de la graine plusieurs semaines à plusieurs années après la fin de la dessiccation de la graine. En effet, des renforcements ou relâchements localisés des différentes parois préalablement programmées lors de l’embryogénèse conduisent à une rupture polarisée de la paroi externe sous la pression du mucilage réhydraté. Une matrice pluristratifiée de mucilage entoure ainsi la graine favorisant le processus de germination. Nous recherchons actuellement la fonction, les modes de régulation et les cibles de plusieurs CIII Prxs au cours de ce processus.

2°) Contrôle de la rupture de l’endosperme micropylaire au cours de la germination La germination est contrôlée par des facteurs externes comme la température, l’eau et la lumière et par l’équilibre hormonal. Deux étapes majeures de la germination sont la rupture des téguments de la graine puis la rupture de l’endosperme micropylaire permettant l’émergence de la radicule. Récemment, le rôle de messager secondaire des espèces réactives de l’oxygène (ROS) a été démontré au cours de ce processus (Lariguet et al., 2013). Nous avons montré que les ROS sont libérés avant la rupture de l’endosperme micropylaire, que la production de ROS est nécessaire à la germination, et que les CIII Prxs pourraient être impliquées dans la régulation spatio-temporelle de la production de ROS au cours de ce processus. Nous étudions actuellement plus particulièrement plusieurs candidats CIII Prxs pouvant être impliqués dans le contrôle de la rupture de l’endosperme micropylaire.