Nitrate/proton coupling in AtClCa exchanger is required for plant physiology in response to environment fluctuations

Le couplage nitrate/proton au sein de l’échangeur AtClCa est essentiel à la physiologie de la plante en réponse aux fluctuations environnementales

Julie Hodin (1)

1 I2BC - Institut de Biologie Intégrative de la Cellule

Nitrate is a major element for plant but its availability is very fluctuant in soils. Then, it is stored in vacuoles thanks to a nitrate/proton exchanger named AtClCa. In ClCs, exchangers but also channels were identified, the latest were suggested to be evolved from exchanger in which a mechanistic switch happened. In Arabidopsis thaliana, only exchangers are involved in nitrate management. Two conserved glutamate, E203 and E270 in AtClCa, are essential for protons transport in ClCs exchangers. The mutation of E203 into an alanine, a non-protonable amino acid (E203A) artificially produces such a mechanistic switch. To better understand the physiological importance of this exchange mechanism, a study was conducted in plants expressing the mutated form of AtClCa for this glutamate. In those plants, the vacuolar storage is highly restricted whereas the assimilation is favoured and the protein content increased. Despite that, the biomass production is decreased mostly because of a hydric homeostasis disruption. Those plants are also more sensitive to hydric and probably nitrogenous stress. The exchanger conservation is then required for plant growth whatever the environmental fluctuations. In parallel, the mutation E270A was introduced in planta to study its physiological importance. A preliminary analysis of plant biomass and nitrate and water contents was then performed in plants expressing the E270A mutated form of AtClCa and the results are presented in the second part of the manuscript.

Chez les plantes, le nitrate est un élément essentiel mais sa disponibilité dans le sol est fluctuante. Il est donc stocké dans la vacuole grâce à un échangeur nitrate/proton appelé AtClCa. La famille de protéines ClCs comporte à la fois des échangeurs mais aussi des canaux suggérés comme issus de l’évolution des échangeurs par une conversion mécanistique. Chez Arabidopsis thaliana, seuls des ClCs échangeurs assurent la gestion du nitrate. Deux glutamates très conservés, E203 et E270 dans AtClCa, sont essentiels pour le transport des protons chez les ClCs échangeurs. La mutation du résidu E203 en une alanine, un acide aminé non protonable (E203A) a permis de produire artificiellement une telle conversion mécanistique. Afin de mieux comprendre l’importance physiologique du mécanisme d’échange, une analyse a été conduite sur des plantes exprimant la forme mutée d’AtClCa pour ce glutamate. Chez ces plantes, le stockage vacuolaire est fortement réduit au profit d’une importante assimilation accroissant la teneur en protéines. En dépit de cela, elles présentent un défaut de production de biomasse résultant en grande partie d’une perturbation de l’homéostasie hydrique. Elles sont également plus sensibles aux stress hydrique et probablement azoté. La conservation d’un échangeur est donc requise pour croitre en dépit des fluctuations environnementales. En parallèle, la mutation E270A a été introduite en plante afin d’étudier son importance sur la physiologie d’Arabidopsis. Une analyse préliminaire de la biomasse et des contenus en nitrate et eau de plantes exprimant la forme mutée de ce glutamate est donc présentée dans la seconde partie de cette thèse.

Mots clés: Vacuole; Gating; Nitrate transporter; Molecular physiology; Storage; Conserved residues; Exchanger

Mots clés: Transporteur de nitrate; Couplage; Physiologie moléculaire; Échangeur; Résidus conservés; Stockage; Vacuole

Domaines: Biologie végétale

Julie Hodin. Le couplage nitrate/proton au sein de l’échangeur AtClCa est essentiel à la physiologie de la plante en réponse aux fluctuations environnementales. Biologie végétale. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. Français. ⟨NNT : 2018SACLS181⟩. ⟨tel-02174202⟩