Biotechnological approaches of the expression and diversity of the plant mitochondrial genome

Approches biotechnologiques de l'expression et de la diversité du génome mitochondrial des plantes

Rana Khalid Iqbal (1)

1 IBMP - Institut de Biologie Moléculaire des Plantes

The mitochondrial DNA of plants is dynamic and its expression is complex. Using a strategy based on the natural import of nuclear-encoded transfer RNAs from the cytosol, we targeted to mitochondria in Arabidopsis thaliana the orf77 RNA characteristic for S-CMS in maize and we analyzed the effects on the transcriptome. The results showed that the mitochondrial transcriptome is tighly regulated during plant development and is strongly buffered at early stages. Mitochondrial targeting of orf77 also triggered a cross-talk with the nucleus. On the other hand, DNA replication and repair in plant mitochondria involve active recombination controled by nuclear-encoded factors. We identified a new member of this set of factors, the 5'-3' exonuclease potentially responsible for the resection of DNA ends in recombination-mediated repair of double-strand breaks. As a whole, the results open prospects for generating mitochondrial genetic diversity and creating CMS lines with agronomical interest.

L'ADN mitochondrial des plantes est dynamique et son expression est complexe. Par la voie naturelle d'import d'ARN de transfert codés par le noyau, nous avons adressé dans les mitochondries d'Arabidopsis l'ARN orf77 caractéristique de la S-CMS du maïs et nous avons analysé les effets sur le transcriptome mitochondrial. Celui-ci s'est avéré strictement régulé durant le développement et fortement tamponné aux stades précoces. L'adressage mitochondrial de l'orf77 a aussi promu un cross-talk avec le noyau. D'autre part, la réplication et la réparation de l'ADN dans les mitochondries de plante impliquent une recombinaison active contrôlée par des facteurs codés par le noyau. Nous avons identifié l'exonucléase 5'-3' potentiellement responsable de la résection des extrémités de l'ADN dans la réparation par recombinaison des cassures double-brin. Nos résultats ouvrent des perspectives pour la génération de diversité génétique mitochondriale et la création de lignées CMS d'intérêt agronomique.

Mots clés: CMS; Exonuclease; RNA trafficking; Plant mitochondria; Genetic regulation; DNA recombination; DNA repair

Mots clés: Réparation de l'ADN; Recombinaison de l'ADN; Mitochondries des plantes; Régulation génétique; CMS; Exonucléase; Trafic des ARN

Domaines: Génomique, Transcriptomique et Protéomique [q-bio.GN]; Biologie végétale

Rana Khalid Iqbal. Biotechnological approaches of the expression and diversity of the plant mitochondrial genome. Genomics [q-bio.GN]. Université de Strasbourg, 2017. English. ⟨NNT : 2017STRAJ035⟩. ⟨tel-01707357⟩