Caractérisation moléculaire et étude de fonction des lipocalines de plantes au cours de l'acclimatation au froid

Frenette-Charron, Jean-Benoît (2007). « Caractérisation moléculaire et étude de fonction des lipocalines de plantes au cours de l'acclimatation au froid » Thèse. Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en biologie.

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Résumé

L'acclimatation au froid est le processus par lequel certaines plantes, suite à une exposition à des températures légèrement au-dessus de 0°C, acquièrent une tolérance au gel qui leur permet de survivre aux conditions rigoureuses de l'hiver. Ce processus est associé à l'induction de plusieurs gènes et à l'accumulation de plusieurs protéines. Chez le blé, cette accumulation est plus importante chez les variétés d'hiver, plus tolérantes au gel, que chez les variétés de printemps. La comparaison des blés d'hiver et de printemps a, jusqu'à maintenant, permis l'identification de plusieurs gènes potentiellement importants lors de l'acquisition de la tolérance au gel. Mes travaux de doctorat portent précisément sur un groupe de gènes régulés par les basses températures et qui codent pour des protéines de la famille des lipocalines. Ces protéines se retrouvent chez les animaux vertébrés et invertébrés, plantes et bactéries. Elles sont principalement connues comme des protéines de transport et sont impliquées dans plusieurs fonctions cellulaires telles que modulation de la croissance cellulaire et du développement, liaison à des récepteurs et signalisation, et réponse aux stress environnementaux. Dans un premier temps, mon travail a permis de découvrir et caractériser les premières lipocalines de plantes, identifiées chez le blé et Arabidopsis et désignées TIL pour « Temperature-Induced Lipocalins ». L'analyse des séquences protéiques a démontré la présence de trois régions conservées qui caractérisent les lipocalines. De plus, cette analyse a permis de montrer une similitude entre ces protéines végétales et l'Apolipoprotéine D humaine (ApoD), la lipocaline bactérienne Blc et la lipocaline d'insecte Lazarillo. Une comparaison de la structure tertiaire des lipocalines TIL avec celle de l'ApoD suggère que ces protéines diffèrent au niveau de leur site d'attachement à la membrane et de leur site de liaison au ligand. De plus, des analyses ont démontré que les ARN messagers TaTIL et AtTIL s'accumulent au cours de l'acclimatation au froid et suite à un choc thermique. Par la suite, mes études ont permis de classifier les lipocalines de plantes et de suggérer des fonctions possibles. Pour ce faire, une approche intégrée de compilation de données de séquence, profil d'expression, analyses phylogénétiques, et prédictions bioinformatiques a été utilisée. Ceci a permis l'identification de deux nouveaux groupes de lipocalines de plantes, désignés TIL-2 et CHL (Chloroplastic Lipocalins). Deux autres groupes de protéines, soit les violaxanthine dé-époxidases (VDE) et les zéaxanthine époxidases (ZEP), possèdent une légère similarité avec les lipocalines TILs et ont été classifiées sous le nom de protéines « lipocalin-like ». L'expression des lipocalines et des protéines « lipocalin-like » de blé est régulée par différents stress abiotiques. De plus, chez le blé, cette expression est corrélée avec la capacité de la plante à développer une tolérance au gel, ce qui suggère une fonction possible au niveau de la protection contre les dommages provoqués par le gel. Ces résultats, combinés à l'analyse phylogénétique, supportent l'hypothèse que l'évolution des lipocalines est reliée à une fonction de protection cellulaire. Ceci est supporté par l'expression de lipocalines dans des organismes tolérants comme Debaryomyce hansenii, Porphyra yezoensis et les céréales d'hiver. Finalement, mes travaux ont contribué à élucider la fonction cellulaire de la lipocaline TIL chez Arabidopsis. Différentes approches de type gain ou perte de fonction ainsi que des analyses de biopuces d'ADN et des mesures de capacité photosynthétique ont été réalisées. Les résultats ont démontré que des plantes n'accumulant pas AtTIL sont très sensibles aux baisses soudaines de température et au stress oxydatif, et que ce phénotype peut être renversé lorsque l'accumulation de cette protéine est rétablie. De plus, la surexpression de AtTIL augmente la tolérance des plantes à ces deux stress en plus de retarder la floraison et la sénescence de la plante. L'analyse de biopuces d'ADN a indiqué que l'absence de AtTIL affecte l'expression de 66 gènes. Parmi ceux-ci, de nombreux gènes impliqués dans le contrôle de l'horloge circadienne et de la balance énergétique de la plante. Ces données suggèrent que AtTIL affecte une voie métabolique alternative qui module le niveau d'énergie cellulaire dans le but d'accroître la tolérance au stress oxydatif. Les travaux présentés dans cette thèse nous aident donc à mieux comprendre le rôle des lipocalines chez les plantes et à orienter la recherche sur les mécanismes moléculaires, physiologiques et biochimiques associés à l'acclimatation au froid. L'ensemble des informations recueillies nous amènent à croire que les lipocalines végétales possèdent un potentiel important dans notre stratégie globale d'amélioration des céréales dans le but de leur conférer une plus grande tolérance au gel et autres stress abiotiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : acclimatation au froid, Arabidopsis thaliana, lipocaline, stress oxydatif, Triticum aestivum L.

Type: Thèse ou essai doctoral accepté ()
Informations complémentaires: La thèse a été numérisée telle que transmise par l'auteur.
Directeur de thèse: Sarhan, Fathey
Mots-clés ou Sujets: Adaptation au froid / Stress oxydatif / Lipocaline / Plante / Blé
Unité d'appartenance: Faculté des sciences > Département des sciences biologiques
Déposé par: Service des bibliothèques
Date de dépôt: 13 avr. 2017 10:44
Dernière modification: 13 avr. 2017 10:44
Adresse URL : http://archipel.uqam.ca/id/eprint/9565

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