Phloem organization and functional analysis of PP2 proteins

Organisation du phloème et analyse fonctionnelle des protéines PP2

Thibaud Cayla (1)

1 IJPB - Institut Jean-Pierre Bourgin

The phloem is a complex tissue, made of several cell types, including companion cells and sieve elements. It plays an important role in long-distance transport and allocation of a number of metabolites and macromolecules. The sieve elements display specific structures yet uncharacterized and of unknown function. For instance the function of the phloem specific PP2 proteins (Phloem Protein 2) that have been described for long in the sieve elements is still unclear. PP2 proteins present lectin activity and bind to phloem sap proteins, suggesting a role in the transport of macromolecules in the phloem. We have investigated the function of two members of this family, PP2-A1 and PP2-A2 in the model species Arabidopsis thaliana. Different approaches have been undertaken to study these proteins: a cytological approach, the research of partners, and the study of downregulated and upregulated lines for the PP2-A1 and PP2-A2 genes. Localization studies of PP2-A1 fused to GFP-derived fluorescent tags have been realized by confocal laser scanning microscopy in the companion cells and the sieve elements; they showed that PP2-A1 presents a nucleocytoplasmic localization in the companion cells, whereas it forms fixed aggregates in the sieve elements. It suggested that PP2-A1 is anchored to the plasma membrane or to organelles inside the sieve elements. Similar results were obtained for PP2-A2. Making use of this study to accurately identify companion cells and sieve elements in vivo, and using additional subcellular fluorescent markers, we realized a fine mapping of companion cells and sieve elements in vivo. This study revealed the presence of numerous organelles of unknown identity at the periphery of the sieve elements, suggesting an important activity in those cells consistent with recent proteomics analysis of the sieve tubes. The study of plants overexpressing tagged versions of PP2-A1 and PP2-A2 enabled to observe an altered phenotype with delayed flowering and increased biomass, suggesting that PP2-A1 and PP2-A2 may play a role in long distance signalling. This work illustrates the complexity of phloem cell organization and functions, bringing new elements on long distance signalling pathway used by the plants to coordinate their growth and development.

Le phloème est un tissu complexe composé de plusieurs types cellulaires, dont les cellules compagnes et les tubes criblés. Il permet le transport et l’allocation à longue distance de nombreux métabolites et de macromolécules. Il existe dans les tubes criblés des structures très spécifiques dont la fonction est inconnue. Par exemple le rôle des protéines phloémiennes PP2 (Phloem Protein 2) qui ont été de longue date décrite dans les tubes criblés, reste à définir. Les protéines PP2 présentent une activité de lectine et d’interaction avec des protéines de sève phloémienne, suggérant un rôle dans le transport de macromolécules dans le phloème.Nous avons étudié la fonction de deux membres de la famille, PP2-A1 et PP2-A2, chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Plusieurs approches ont été mises en œuvre pour étudier ces protéines ; une approche cytologique, la recherche de partenaire protéiques et la création de lignées dérégulées pour l’expression des gènes PP2. L’étude de la localisation de PP2-A1 avec des étiquettes fluorescentes dérivées de la GFP a été réalisée par microscopie confocale, dans les cellules compagnes et dans les tubes criblés ; elle a montré que cette protéine présente une localisation nucléo- cytoplasmique dans les cellules compagnes tandis qu’elle forme des agrégats fixés dans les tubes criblés. Ceci suggère que PP2-A1 est ancrée dans les tubes criblés, à la membrane plasmique ou à certains organites. Des résultats similaires ont été obtenus pour PP2-A2. Sur la base de cette première étude, nous permettant d’identifier in vivo avec précision les cellules compagnes et les tubes criblés, et en utilisant plusieurs marqueurs subcellulaires fluorescents de référence, nous avons réalisé une cartographie subcellulaire fine des cellules compagnes et des tubes criblés in vivo. Cette approche a permis de décrire in vivo l’organisation subcellulaire de ces cellules. Elle a révélé la présence de nombreux organites présents à la périphérie des tubes criblés et de nature énigmatique, suggérant une activité importante dans ces cellules, en accord avec des données récentes de protéome des tubes criblés. L’étude de lignées surexprimant des versions étiquetées de PP2-A1 et PP2-A2 nous a permis de mettre en évidence un phénotype altéré avec des plantes qui présentent un retard de floraison et une biomasse plus importante. Ces observations suggèrent que PP2-A1 et PP2-A2 pourraient avoir un rôle dans la signalisation à longue distance. Ces travaux, qui illustrent la complexité des cellules du phloème, apportent ainsi des éléments nouveaux sur les voies de signalisation à longue distance utilisées par les végétaux pour coordonner leur croissance et leur développement.

Mots clés: Phloem; Companion cell; Confocal microscopy; PP2; Sieve element

Mots clés: Phloème; Cellule compagne; Microscopie confocale; PP2; Tube criblé

Domaines: Sciences agricoles

Thibaud Cayla. Organisation du phloème et analyse fonctionnelle des protéines PP2. Sciences agricoles. Université Paris Sud - Paris XI, 2012. Français. ⟨NNT : 2012PA112401⟩. ⟨tel-00856147⟩