Les plantes sont des organismes sessiles extrêmement dépendants de leur environnement. Au cours de l'évolution, elles ont mis en place des voies de signalisation pour assurer une croissance optimale et un développement adapté. Dans ce contexte, la signalisation calcique a été décrite pour contribuer à ces processus. La perception d'un stimulus par les cellules végétales entraine une variation rapide et transitoire de la concentration intracellulaire en calcium ([Ca2+]int) non stéréotypée, appelée « signature calcique ». Ce(s) signature(s) peuvent être prise(s) en charge par des senseurs de calcium capables de transduire ce signal à l’échelle cellulaire en interagissant et modulant l’activité de protéines cibles et ainsi déclencher une réponse physiologique adaptée.
Au cours de mes travaux, je me suis concentrée sur une classe de senseurs spécifiques aux plantes, extrêmement proches de la calmoduline (CaM), les protéines calmodulin-like ou CMLs. Chez Arabidopsis thaliana, il existe 50 CMLs dont la taille, le profil d'expression et le nombre de domaines de liaison au calcium sont très différents. Les analyses globales de modifications des transcriptomes laissent supposer que les CMLs pourraient être impliquées dans les réponses aux stress de l’environnement ou dans certaines transitions développementales. Les données reportées issues d’analyses fonctionnelles sont peu nombreuses et l’importance de ces CMLs reste globalement méconnue. Mon projet de thèse s’intègre dans ce contexte, mon travail s'est concentré sur la caractérisation d'une des CMLs présente chez Arabidopsis : CML8.
J'ai caractérisé fonctionnellement cette calmodulin-like dans un contexte développemental. Par une approche perte/ gain de fonction, j’ai montré l’importance de CML8 dans le développement racinaire chez A. thaliana. CML8 agit comme un régulateur négatif de la croissance de la racine primaire. Le gène CML8 est également assez spécifiquement exprimé dans les primordia de racines latérales et les analyses phénotypiques de nos lignées ont montré que CML8 modulerait l’architecture racinaire en participant à la mise en place de racines latérales.
Lors de mes travaux, j’ai pu montrer que CML8 était étroitement liée à la voie des brassinostéroïdes (BR). Une analyse RNA-seq a permis de montrer que près de 40% des gènes différentiellement exprimés dans les lignées cml8 étaient connus pour être régulés par les BRs. Parmi ces gènes sont identifiés des acteurs de l’expansion cellulaire ou des régulateurs des crosstalks hormonaux BRs-Auxine qui pourraient expliquer les phénotypes observés. CML8 interviendrait en amont de ces voies car j’ai pu montrer l’interaction in planta de CML8 avec BRI1, le récepteur clé des BRs. La modulation du niveau d’expression de CML8 (KO vs OE) affecte la voie de signalisation des BRs en perturbant l’état de phosphorylation d’un facteur de transcription clé de la voie (BES1) et en altérant l’expression de gènes de l’homéostasie des BRs. L’effet de l’interaction CML8/BRI1 reste à explorer d’un point de vue biochimique mais afin de mieux comprendre les modalités d’interactions CML-partenaires, j’ai engagé 2 approches qui sont (i) l’identification sans a priori du premier répertoire de partenaires d'une CML une approche de co-immunoprécipitation in planta et (ii) étudier la possibilité d'un mode de régulation alternatif (i.e. en plus de la liaison au Ca2+) des senseurs de type CaM et CML via des modifications post-traductionnelles. |
Plants are sessile organisms that are highly dependent on their environment. During evolution, they have developed signalling pathways to ensure optimal growth and development. In this context, calcium signalling has been described to contribute to these processes. The perception of a stimulus by plant cells results in a rapid and transient change in the intracellular calcium concentration called the 'calcium signature'. This signature(s) can be processed by calcium sensors that are able to transduce this signal at the cellular level by interacting with and modulating the activity of target proteins and thus triggering an appropriate physiological response.
During my PhD, I have studied a class of plant-specific sensors that are closely related to calmodulin (CaM), the calmodulin-like proteins or CMLs. In Arabidopsis thaliana, there are 50 CMLs and transcriptome analyses suggest that CMLs may be involved in responses to environmental stresses or in certain developmental transitions. However, functional analyses data remain scarce and the importance of these CMLs is still largely misunderstood. My thesis project is part of this context and my work has focused on the characterization of CML8, a CML of the model plant A. thaliana. I have functionally characterised this CML in a developmental context. Using a loss/gain of function approach, I have demonstrated the importance of CML8 in Arabidopsis root development by showing that CML8 acts as a negative regulator of primary root growth. The CML8 gene is rather specifically expressed in lateral root primordia and the mutant analyses showed that CML8 modulated the root architecture.
My work has led to the finding that CML8 was closely connected to the brassinosteroid (BR) pathway. An RNA-seq analysis revealed that nearly 40% of the genes differentially expressed in cml8 lines were reported to be regulated by BRs. Among these genes, actors of cell expansion or regulators of BRs-Auxin hormonal crosstalks were identified, which could explain the phenotypes observed in the mutants. CML8 would act upstream of these pathways as I have shown in planta the interaction of CML8 with BRI1, the receptor for BR and that modulation of the level of CML8 affects the BR signalling pathway. The effect of the CML8-BRI1 interaction still need to be explored from a biochemical point of view but to better understand the CML-partner interactions I have engaged 2 approaches which are (i) the in planta identification without a priori of the first repertory of CML-interacting protein and (ii) to study the possibility of post-translational modifications of CaM and CML in plants. |