Implications of OEP16 protein in the photoprotection of Arabidopsis thaliana during light stress
Implications de la protéine OEP16 dans la photoprotéction d'Arabidopsis thaliana lors du stress lumineux
Résumé
In angiosperms, singlet oxygen is a prominent form of reactive oxygen species that is produced during photosynthesis. Its excess causes photooxidative damage leading to cell death, demonstrated in mutants impaired in the chlorophyll biosynthetic pathway. In the present work, we used mutants of Arabidopsis thaliana that exhibit a conditional seedling lethal phenotype caused by the absence of the outer plastid envelope protein, OEP16-1. This protein is involved in the transport of amines, amino acids and is also implicated in the import of the key enzyme of chlorophyll synthesis, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), into the plastids. Using a reverse genetic approach, four independent Atoep16-1 mutants were isolated and characterized, with different combinations of cell death properties and presence/absence of PORA. Two of the mutants overproduced free protochlorophyllide (Pchlide) in the dark and died after illumination. Pchlide operated here as a photosensitizer triggering singlet oxygen formation. The other two mutants avoided excess Pchlide accumulation and greened normally. Using the mutant of barley, tigrina d12 as reference, we show that cell death induced in the photobleaching Atoep16-1 mutants occurs in a flu-independent pathway. Translation initiation at 80S ribosomes was identified to be a major target of singlet oxygen in the early hours of greening. At a delayed stage, singlet oxygen caused ribosome dissociation. We provided evidence that both effects on translation are genetically linked and they can be further studied using the Atoep16-1 mutant that we isolated and the previously described flu mutant.
Chez les angiospermes, l'oxygène singulet est la forme majoritaire des espèces réactives de l'oxygène, étant produite lors de la photosynthèse. Son excès provoque le dommage photooxidatif conduisant à la mort cellulaire, observée chez les mutants affectés dans la voie de la biosynthèse de la chlorophylle. Dans ce travail, nous avons utilisé des mutants d'Arabidopsis thaliana qui manifestent le phénotype conditionnel de la mort cellulaire, causée par l'absence d'une protéine de l'enveloppe externe des plastes, OEP16-1. Cette protéine est impliquée dans le transport des amines, acides aminés et également dans l'import d'une enzyme clé de la synthèse de la chlorophylle, NADPH: Protochlorophyllide oxydoreductase A (PORA), dans les plastes. Une approche génétique inverse a permis d'isoler et de caractériser quatre mutants indépendants Atoep16-1, ayant différentes combinaisons des propriétés de la mort cellulaire et de la présence/absence de la PORA. Deux des mutants accumulent en excès de la protochlorophyllide libre (Pchlide) à l'obscurité et meurent après illumination. Dans ce cas, la Pchlide agit comme un photosensibilisateur déclenchant la production de l'oxygène singulet. Les deux autres mutants évitent la surproduction de la Pchide et verdissent normalement. En utilisant le mutant de l'orge, tigrina d12 comme référence, nous avons montré que la mort cellulaire induite lors du photoblanchiment chez les mutants Atoep16-1, intervient dans la voie flu-indépendante. L'initiation de la traduction sur des ribosomes 80S, a été identifiée comme étant une cible majeure de l'oxygène singulet, au cours des premières heures du verdissement. Dans un stade plus tardif, l'oxygène singulet a provoqué la dissociation des ribosomes. Nous avons ainsi fourni des preuves que les deux effets sur la traduction sont génétiquement liés et qu'ils peuvent être ensuite étudiés à l'aide des mutants Atoep16-1 que nous avons isolé et du mutant flu, préalablement identifié.