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Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II (11/02/2011), Jean-Louis Julien (Dir.)
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Etude des étapes précoces de la mécanoperception chez le peuplier
Delphine Gourcilleau1

Afin de survivre dans un environnement fluctuant, les plantes ont développé la capacité de percevoir et de répondre à des stimuli externes divers et parfois extrêmes. Les sollicitations mécaniques jouent un rôle important au cours du développement des plantes et un nombre croissant d'études s'intéresse à la mécanoperception. Le dessin de la voie de signalisation entre la perception du signal et la régulation des gènes précoces reste incertain. Un modèle de la mécanoperception, proposant que la variable mécanoperçue soit la déformation de la membrane, a été vérifié à l'échelle de la plante entière mais doit être validé au niveau cellulaire. Pour cela, et afin d'identifier les acteurs moléculaires précoces de la réponse à la sollicitation mécanique, nous avons analysé la régulation du gène mécanosensible PtaZFP2 sur cultures cellulaires de peuplier. Le gène PtaZFP2 appartient à la famille multigénique des Q-type C2H2-ZFPs codant des facteurs de transcription putatifs et comprenant 16 membres chez le peuplier. Une analyse phylogénétique et l'analyse de l'expression de ces gènes en réponse à différents stress abiotiques ont montré l'existence de deux groupes phylogénétiques. Ils se différencient par des doigts de zinc caractéristiques et deux nouveaux motifs protéiques (MALEAL et LVDCHY) spécifiques à chacun des groupes. Cette étude nous a également permis d'identifier un autre gène, PtaZFP1, proche phylogénétiquement de PtaZFP2 et fortement induit par une flexion. Après avoir mis au point un système de sollicitation mécanique sur cultures cellulaires, nous avons démontré l'implication du calcium, des calmodulines, des jasmonates et du H2O2 dans l'induction précoce du gène PtaZFP2 par un signal mécanique. Nos travaux suggèrent également l'existence d'une interaction entre la NADPH oxydase (enzyme impliquée dans la production d'EAO) et les calmodulines en amont de PtaZFP2. Finalement, des résultats préliminaires suggèrent une localisation nucléaire de cette protéine et une accumulation transitoire au sein des tiges 2h après une flexion. Les outils moléculaires produits au cours de ce travail (anticorps, protéines recombinantes) permettront de comprendre le rôle de PtaZFP2 dans cette voie de signalisation.
1 :  PIAF - Laboratoire de Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre Fruitier et Forestier
Physique et Physiologie Intégratives de l'Arbre Fruitier et Forestier
Populus – Sollicitation mécanique – C2H2-ZFPs – Facteur de transcription – Voie de signalisation – Calcium – H2O2

The ability of plants to perceive and respond to various and even extreme environmental stimuli is crucial for their survival in a fluctuant environment. Mechanical solicitations play a key role during plant development and an increasing number of studies are dedicated to mechanosensing. The way how plants sense mechanical signals and bring about the changes in gene expression is still unknown. Recently, a model of mechanosensing, suggesting that the physical variable perceived by cells is the plasma membrane strain, has been confirmed at the whole plant scale but remains to be validated at the cellular level. In this aim and to identify the molecular components involved in the early steps of the mechanical signaling pathway, the regulation of the mechanosensitive gene PtaZFP2 was analyzed in poplar cells cultures. The mechanosensitive PtaZFP2 gene belongs to the multigenic Q -type C2H2 -ZFPs family encoding putative transcription factors, consisting of 16 members in poplar. A phylogenetic study and the expression analysis of several of these genes in response to abiotic stresses, allowed us to detect two phylogenetic groups. These two groups are distinguished essentially on their different signatures of their two zinc finger domains and on the two additional conserved motifs MALEAL and LVDCHY, specific to each phylogenetic group. Another gene of the Q -type C2H2 -ZFP family, PtaZFP1, related to PtaZFP2, was shown to be regulated by bending. After several adjustments to apply a mechanical solicitation to cells cultures, such treatments revealed the involvement of calcium, calmodulins, jasmonic acid and H2O2 in the rapid induction of PtaZFP2 gene expression in response to mechanical stress. Furthermore, our data showed an interaction between an NADPH oxidase enzyme (involved in ROS production) and calmodulins upstream of PtaZFP2. Finally, preliminary results suggested a nuclear localization of PtaZFP2 and a transient accumulation of this protein in the stem 2 hours after bending. The molecular tools that have been produced during this work (antibody, recombinant protein) will be used to study the role of PtaZFP2 in the mechanical signaling pathway.
Populus – Mechanical solicitation – C2H2 -ZFPs – Transcription factor – Signaling pathway – Calcium – H2O2