Etude du rôle de la nicotianamine dans l'homéostasie du fer et caractérisation fonctionnelle de ses transporteurs potentiels chez Arabidopsis thaliana

Abstract

Etant donné les propriétés physico-chimiques du fer, sa circulation dans les végétaux est contrôlée à tous les niveaux. Dans ce schéma général, le contrôle du transport longue distance, ainsi que la distribution intracellulaire restent à ce jour les étapes les moins documentées. Au niveau cellulaire, ce travail rapporte l'étude d'une suraccumulation de nicotianamine (NA, un chélat du fer) sur la réponse dArabidopsis à la carence ou l'excès de fer. La caractérisation de lignées suraccumulant 100 ou 4 fois plus de NA foliaire montre qu'elles sont plus sensibles à une carence ou à un excès de fer probablement du fait d'une mauvaise localisation du fer. En condition de suffisance ou de carence en fer, la suraccumulation de NA s'accompagne d'une augmentation de la concentration en fer apoplasmique dans les feuilles. Ce résultat suggère un rôle de la NA dans la compartimentation du fer dans l'apoplasme. Par ailleurs, en réponse à l'excès de fer, une diminution de la concentration en NA est observée dans les chloroplastes des plantes sauvages sans modification de la teneur en fer, tandis que dans la lignée suraccumulant la NA, les chloroplastes contiennent 250 fois plus de NA que les plantes sauvages et voient leur teneur en fer augmenter. Ces résultats mettent en évidence pour la première fois un adressage de la NA aux chloroplastes et suggèrent un rôle de la NA dans la teneur en fer chloroplastique. L'identification de la famille de transporteurs YSL, dont certains membres chez diverses espèces de plantes ont une activité de transport de complexes NA-métaux, ouvre la voie à l'étude du transport longue distance du fer. Une étude du rôle des transporteurs de la sous-famille AtYSL5, 7, 8 d'Arabidopsis thaliana dans l'homéostasie métallique en général et du fer en particulier, a été menée. Les simples mutants ysl5-1, ysl7-1 et ysl8-1, ainsi que les doubles mutants ysl5ysl8 et ysl7ysl8 ne présentent pas de phénotype. En revanche, ysl5ysl7 a un retard de montaison et produit un faible nombre de graines. Ce défaut est lié aux diminutions de la viabilité des grains de pollen et du nombre d'ovules produits par pistil dans les fleurs ysl5ysl7. De plus, les graines ysl5ysl7 accumulent une grande quantité de Fe, Zn, Mn et Cu. L'expression du gène AtYSL7 est restreinte aux grains de pollen alors que celle du gène AtYSL5 est présente dans tous les organes de la plante. Ces résultats sont compatibles avec un rôle d'AtYSL5 et AtYSL7 dans le transport de métaux dans la fleur et dans le maintien de l'homéostasie métallique de la graineDue to its physicochemical properties, iron circulation within plants has to be strictly controlled. In this general scheme, our knowledge concerning long distance transport and intracellular distribution remains the least documented. At the cellular level, this work reports on the study of nicotianamine (NA, an iron chelator) over-accumulation on the response of Arabidopsis to iron starvation or excess. Two lines over-accumulating 4- and 100-fold more NA were characterized and shown to be more sensitive to both iron conditions probably due to iron misallocation. Under iron sufficient condition, NA over-accumulation is associated with an increase of the iron apoplastic pool in the leaves. This result suggests a role for NA in the localization of iron within the apoplast. Upon iron excess, a decrease of the chloroplast NA content with no change in the iron level was observed in wild-type plants whereas in the NA over-accumulating line that contains 250 fold more NA in the chloroplast, an iron increase was measured in the chloroplast. These results identifies for the first time a targeting of the NA to the chloroplast, and support a role for NA in chloroplast iron content. Members of the YSL transporter family have been shown to possess NA-metals transport capability. The YSL represent therefore potential candidates for the long distance transport of iron. I have undergone the characterization of the AtYSL5, 7 and 8 sub-family in Arabidopsis with respect to metals and iron homeostasis. The single ysl5-1, ysl7-1 and ysl8-1 as well as the double ysl5ysl8 and ysl7ysl8 mutants have no macroscopic phenotypes. However, the ysl5ysl7 double mutant present late bolting and sets very few seeds. This latter phenotype has been attributed to reduced pollen viability and ovules production of the ysl5ysl7 flower. In addition, ysl5ysl7 seeds contain increased concentration of Fe, Zn, Mn and Cu. AtYSL7 gene expression is restricted to pollen grains whereas AtYSL5 is ubiquitously expressed within the plant. These results are consistent with a role of the AtYSL 5 and 7 transporters in the delivery of metals to the flowers and in maintaining seed metal homeostasisMONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF