L’auxine est une hormone essentielle au développement des plantes, tant pour la division quel’expansion cellulaire. La transcription des gènes de réponses à l’auxine est permise par un mécanisme designalisation faisant intervenir des complexes ubiquitine ligase E3 impliquant des protéines à F-boxTIR1/AFBs, qui en présence d’auxine peuvent interagir avec les répresseurs transcriptionnels AUX/IAA pourinduire leur dégradation et activer la transcription de gènes de réponses à l’auxine. Cette transcriptionimplique des facteurs de transcription ARFs (Auxin Response Factors). Dans la feuille, un maximum d’auxinerésultant de l’activité des transporteurs d’efflux d’auxine PIN1 participe à l’initiation des dents à la marge. Lefacteur de transcription CUC2 qui permet la formation des domaines frontières intervient dans le contrôle del’orientation des transporteurs PIN1. L’auxine réprime également CUC2 limitant ainsi son expression au sinus,ce qui semble nécessaire pour la formation des dents. Les acteurs de la signalisation auxinique impliquésdans la formation des dents ne sont néanmoins pas connus chez Arabidopsis.Dans cette thèse, les profils d’expression des ARFs ont été mis en évidence dans les jeunes feuillesd’Arabidopsis au moment de la formation des dents et une cartographie fine a été établie. Trois ARFspotentiellement répresseurs ARF1, ARF3, ARF18 et trois activateurs ARF5, ARF6, ARF8 ont été identifiéscomme étant exprimés dans la zone dent/sinus. La modification de leurs profils d’expression dans des formesde feuilles modifiées par des variations d’expression de CUC2 a également été étudiée. Afin de déterminer sices ARFs sont impliqués dans la morphogénèse foliaire et plus particulièrement dans l’initiation des dents, lesimple mutant arf5-2/mpS319, et les doubles mutants arf6-2 arf8-3, arf1-5 arf3-1, arf1-5 arf18-2 et arf3-1arf18-2 ont été générés et analysés. Les feuilles matures du mutant nul arf5-2/ mpS319 présentent une tailleplus importante que celles de Col-0, suggérant que ARF5 serait impliqué dans l’expansion cellulaire. / Auxin is essential for plant development, more particularly by participating in cellular division andexpansion. Transcription of auxin response genes is allowed by the auxin signaling pathway involving the F-boxTIR1/AFBs proteins associated to ubiquitin ligase E3, which can interact with the AUX/IAA repressors in thepresence of auxin to trigger their degradation and activate transcription of early auxin response genes involvingthe Auxin Response Factors (ARF). At the leaf margin, an auxin maximum resulting from the transport of auxinmediated by the auxin efflux carrier PIN1 is required for teeth formation. The transcription factor CUC2 thatdefines boundary domains, somehow redirects PIN1 to create a convergent flux to the apex of the tooth. Auxinrepresses CUC2 thus limiting its expression to the sinus. In Arabidopsis, the actors of the auxin signalingpathway involved in leaf serration are unknown.In this thesis, the expression profiles of ARFs genes have been investigated in young leaves of Arabidopsis, morespecifically during teeth formation and a detailed map was built. Three ARFs acting as putative repressors ARF1,ARF3 and ARF18 and three activators ARF5, ARF6 and ARF8 were identified as been expressed in thesinus/teeth area. Their expression profiles were also studied in leaves exhibiting modified shapes as a result ofvariations in CUC2 expression. To determine if these ARFs are involved in leaf morphogenesis and moreparticularly in tooth initiation, the arf5-2 null mutant and the double null mutants arf6-2 arf8-3, arf1-5 arf3-1,arf1-5 arf18-2 and arf3-1 arf18-2 were generated and serration was analyzed. Length of arf5-2 mature leaves islonger than the wild type, suggesting that ARF5 could be involved in cell expansion.

La croissance et le développement des plantes sont sous l’influence de nombreux facteurs génétiques et environnementaux. Parmi eux les hormones végétales participent aux multiples processus qui conduisent à la formation d’une plante via la mise en place d’un réseau complexe d’interactions et de rétro-contrôles. Le contrôle de la ramification implique trois d’entre-elles : l’auxine et les strigolactones (SLs) qui inhibent le démarrage des bourgeons et les cytokinines (CKs) qui le stimulent. Différents mécanismes d’interactions entre ces signaux dans le contrôle de la ramification sont connus. L’auxine contrôle les niveaux de SLs et de CKs, et les voies SLs et CKs convergent vers la même cible, le facteur de transcription BRC1.Chez le pois, les mutants hyper-ramifiés ramosus (rms) sont affectés dans la voie SLs. Les gènes RMS1 (PsMAX4) et RMS5 (PsMAX3) contrôlent la biosynthèse des SLs alors que RMS3 (PsD14) (récepteur) et RMS4 (PsMAX2) sont impliqués dans la perception des SLs. En plus de partager un phénotype hyper-ramifié, les mutants rms présentent un phénotype de nanisme. Cependant le rôle des SLs dans le contrôle de la taille des plantes n’était pas encore connu. Nous avons montré que les SLs contrôlent la taille des plantes en jouant sur le processus de division cellulaire indépendamment de la voie gibbérelline.Les mutants rms montrent des caractéristiques physiologiques similaires : un haut niveau d’expression des gènes de biosynthèse des SL et une faible teneur en CKs dans la sève xylémienne (X-CKs). En revanche, le mutant hyper-ramifié rms2 présente une faible expression des gènes de biosynthèse des SLs et une forte teneur en X-CKs. De précédentes études suggèrent que rms2 est affecté dans un signal tige-racine de rétro-contrôle régulant la biosynthèse des SLs et le niveau de X-CKs. La nature biochimique de ce signal est inconnue et il a été proposé que ce signal soit auxine-indépendant.Nous avons montré que le gène RMS2 est l’homologue chez le pois des gènes AFB4/5 d’Arabidopsis codant pour une protéine à boîte-F de la famille des récepteurs de l’auxine TIR1/AFBs (Auxin signaling F-Box). Ce qui suggère que le signal de rétro-contrôle RMS2-dépendant est l’auxine. De plus nos résultats montrent que les SLs jouent un rôle de répresseur du niveau d’auxine dans la tige via la régulation de l’expression des gènes du métabolisme de l’auxine.L’ensemble de ces résultats montrent que dans le processus de contrôle de la ramification les interactions entre auxine et SLs sont complexes. Les multiples mécanismes en jeux aboutissent à la formation d’une boucle de régulation dans laquelle chaque hormone est capable de contrôler la biosynthèse de l’autre. / The different processes of plant growth and development are under the influence of growth regulators which interact in complex hormonal networks and feedback mechanisms. The control of shoot branching involves 3 key plant hormones, auxin, cytokinins (CKs) and strigolactones (SLs). Auxin and SLs repress axillary bud outgrowth whereas CKs stimulate it. Different mechanisms of interactions between these signals have already been suggested in controlling shoot branching. Auxin controls SLs and CKs levels, and SLs and CKs pathways converge on the same target, the TCP transcription factor BRC1 in the axillary bud. In pea, the high shoot branching of ramosus (rms) mutants are known for being impaired in the SLs pathway. RMS1 (PsMAX4) and RMS5 (PsMAX3) genes are involved in SL biosynthesis while RMS3 (PsD14) (receptor) and RMS4 (PsMAX2) are involved in SL perception. In addition to sharing their high branching phenotype, the rms mutants display a dwarf phenotype. However the role of SLs in controlling plant height was unknown. Here we show that SLs control internode length by acting on cell division in a Gibberellin-independent way.The rms mutants show similar physiological characteristics: high expression of the SL-biosynthesis genes and very low xylem-sap CKs (X-CKs) content. In contrast, the rms2 mutant with similar shoot phenotype shows very low expression of SL-biosynthesis genes and high X-CKs content. Previous studies suggested that rms2 was affected in a shoot-to-root feedback signal controlling both SL biosynthesis and X-CKs level. Whether this feedback signal was auxin or not was highly discussed. Here we demonstrated that the RMS2 gene is the pea homologue of the Arabidopsis AFB4/5 gene, encoding an F-box protein which belongs to the TIR1/AFB (Auxin signaling F-Box) auxin receptor family. This suggests that the RMS2-dependent feedback signal is very likely auxin. Moreover our results suggest a role for SLs in the repression of auxin content in pea stem via the regulation of auxin metabolism gene expression. These results highlighted that for the control of shoot branching, interactions between auxin and strigolactones involve multiple mechanisms leading to regulation loop where both hormones are able to regulate the biosynthesis of each other.

Conclusions The role of AUXIN BINDING PROTEIN 1 (ABP1) in the auxin management in plant cells was followed using simplified model material of suspension-cultured cells of tobacco BY-2 line. ABP1 is a putative auxin receptor considered to mediate fast non-genomic responses to auxin and it can be involved in every aspect of the regulation of auxin responses, metabolism and transport. There are four major conclusions that could be made based on the results presented in this thesis: 1) Auxin binding protein 1 mediates both cell division and expansion in tobacco BY-2 cells. In standard cultivation conditions or at lower concentrations of 2,4-D in culture medium, ABP1 overexpression had no detectable impact on cell division, cell elongation or cell growth.. 5- times increased 2,4-D concentration stimulated weakly cell elongation. . Antisense suppression of ABP1 expression resulted in disturbance in both cell expansion and cell division intensity, suggesting that ABP1 is essential for the control of balance between cell division and cell elongation during the growth cycle. ABP1 is localized in endoplasmic reticulum of cells cultivated in standard medium supplemented with 1 μM 2,4-D and it appeared also at the plasma membrane following the IAA application. 2) ABP1 mediates intercellular auxin transport. Cells...

The non-uniform distribution of the plant growth regulator (phytohormone) auxin is known to mediate many fundamental processes in plant development. Auxin is transported through the plant body either via vascular pathways or from cell to cell by specialized polar auxin transport machinery. This machinery consists of a balanced system of passive diffusion combined with the activities of auxin influx and efflux carriers. This work is focused on the processes that are involved in the uptake of auxin into plant cells. On the basis of molecular-biological and biochemical characterization, the function as an auxin influx carrier was confirmed for PaLAX1 protein from wild cherry (Prunus avium). The sequences of isolated cDNA of the PaLAX1 gene and of its protein product are highly similar to both the cDNAs and the corresponding protein products of the AUX1/LAX-type genes, coding for putative auxin influx carriers in model plant A. thaliana. On the level of organs and single cells, we have shown that the overproduction of PaLAX1 in transgenic lines resulted in an increase of the content of native auxin indole-3-acetic acid as well as of the uptake of synthetic auxin, 2,4-dichlorophenoxyacetic acid. Further, the mechanism of action of putative auxin influx inhibitors 1-naphthoxyacetic acid (1-NOA),...

Auxin is one of the most important plant hormones, which provides development of a plant. PIN1 and PIN7 proteins belong to the PIN family of transporters which is among the most important auxin efflux carriers. This thesis deals with the of AtPIN1 and AtPIN7 auxin efflux carriers (from Arabidopsis thaliana) in human embryonic kidney 293 cell line. Biological activity of these proteins was tested by using radiolabeled auxins accumulation. Further inhibitors of auxin transport have been tested - NPA, CHPAA and BFA.

Les plantes croissent de manière continue tout au long de leur vie. Elles sont notamment capablesde produire de nouveaux axes de croissance, ce qui nécessite la mise place d’une zone frontière, induitepar l’expression des facteurs de transcription CUP-SHAPED COTYLEDON 1-3 (CUC). Au cours de mathèse, j’ai utilisé les dents formées à la marge des feuilles chez Arabidopsis thaliana comme un modèlepour mieux comprendre le rôle du réseau régulateur centré sur les gènes CUC au cours de lamorphogenèse.La première partie de mon travail a consisté en l’étude des processus en aval de CUC2, le principalrégulateur de la formation des dents. Grâce à l’utilisation d’un système d’expression inductible pour CUC2combiné à des analyses morphométriques et à la quantification de gènes rapporteurs, j’ai montré queCUC2 agit comme un déclencheur primaire et quantitatif de la formation des dents. Plusieurs relaisagissent en aval de CUC2, à des moments et dans des domaines différents, et ensemble permettent à ladent de continuer de croitre.Dans une seconde partie de mon travail, j’ai identifié et caractérisé des régulateurs en amont desgènes CUC. En suivant une approche candidat, j’ai montré que le microARN miR164 et le complexepolycombe PRC2 interagissent et contrôlent finement l’expression de CUC2. De plus, j’ai réalisé un criblesimple hybride en levure suivi d’expériences de validation in planta pour identifier de nouveauxrégulateurs de l’expression des gènes CUC/MIR164. Enfin, j’ai initié une validation fonctionnelle pourcertains de ces nouveaux candidats et montré qu’il s’agit de régulateurs généraux de l’architecture de lapartie aérienne. En décryptant les mécanismes en amont et en aval des gènes CUC, ce travail a permis demettre en évidence de nouveaux aspects de la mise en place des zones frontières et de la manière dont elles régulent l’architecture des plantes. / Throughout their lives, plants are able to produce new axes by differential growth. The formationof such new growth axes depends on the establishment of a boundary domain, which requires the CUPSHAPEDCOTYLEDON 1-3 (CUC) transcription factors. In this work, I used the small outgrowthsformed at the margin of Arabidopsis thaliana leaves as a model to decipher the CUC-centered networkregulating morphogenesis.In the first part of my work, I focused on the events downstream of CUC2, the master regulator ofleaf margin morphogenesis. Using conditional CUC2 expression combined with morphometric analysesand quantification of reporter genes, I showed that CUC2 functions as a primary and quantitative triggerfor morphogenesis. This trigger then acts through multiple relays, which actions spatially and temporallydiffer, and together allow sustained differential growth.In the second part of this work, I identified and characterized upstream regulators of the CUCgenes. In a candidate-based approach, I showed that miR164 and the polycomb complex PRC2 interact totightly control CUC2 expression. Next, I uncovered new potential transcriptional regulators of theCUC/MIR164 genes through a yeast one-hybrid screen followed by an in planta assay. Finally, I initiateda functional study for some of these candidates, which showed that they are general regulators of shootarchitecture. By revealing upstream and downstream components of the CUC-centered network, this workprovides new insights into how boundaries are regulated and how they shape plants.

L’auxine est une hormone végétale impliquée dans presque toutes les étapes du développement des plantes, de la formation de l’embryon jusqu’à la floraison, déterminant la position des organes et donc la structure de la plante. Comme pour les autres hormones, la perception de l’auxine est suivie par une transduction du signal qui produit une série de changements dans les cellules végétales dont des régulations transcriptionnelles. Cette thèse est divisée en 3 chapitres, chacun d’eux étant focalisé sur des aspects structuraux, moléculaires et évolutifs de différentes protéines impliquées dans la régulation des gènes de réponse à l’auxine.Nous avons tout d’abord centré nos études sur TOPLESS (TPL), un corépresseur qui agit au niveau de la répression des gènes de réponse à l’auxine, mais aussi dans d’autres processus végétaux compte tenu de son interaction avec de nombreux répresseurs transcriptionnels. Nous avons déterminé la structure de la partie N-terminale de TPL et compris comment TPL interagit avec différents partenaires au niveau d’un même site de liaison. Nous avons alors démontré que TPL forme un tétramère à l’aide d’une surface de tétramérisation constituée par un nouveau domaine, le domaine CRA, qui fait aussi partie du site de liaison. Les résidus impliqués dans la tétramérisation et l’interaction avec des partenaires sont très conservés depuis des centaines de millions d’années montrant ainsi l’importance du rôle de TPL depuis l’origine des plantes. Enfin, les similarités de structure entre TPL et d’autres corépresseurs qui possèdent des domaines similaires mais possédant une fonction différente montrent un bel exemple de la manière dont l’évolution joue avec des domaines protéiques pour créer de nouvelles fonctions.Nous avons ensuite étudié les préférences de liaison à l’ADN des facteurs de transcription de la réponse à l’auxine (ARF). Pour cela nous avons utilisé une combinaison d’analyses bio-informatiques de données de DAP-seq sur la liaison des ARFs sur le génome, des tests d’interaction ADN-protéine in vitro et de la modélisation de structures. Nos résultats indiquent que les différents ARFs ont des sites préférentiels de liaison sur le génome et que ces préférences sont déterminées par l’orientation et l’espacement entre motifs de liaison. Enfin, ces études suggèrent qu’en fonction du site de liaison, les ARFs pourraient se lier avec différentes conformations à l’aide de surfaces de dimérisation qui ne sont pas encore décrites. Ces résultats permettent d’expliquer comment différents ARFs coexprimés dans la même cellule peuvent fonctionner ensemble pour contribuer à une réponse transcriptionnelle à l’auxine spécifique et robuste.Finalement, nous avons remonté le temps pour positionner l’origine de la voie de signalisation de l’auxine chez les plantes. Pour cela, nous avons recherché des homologues des protéines de la voie de signalisation de l’auxine dans des algues vertes charophytes, les ancêtres les plus lointains (450 Millions d’années) des plantes. Nous avons alors trouvé un homologue des ARFs et TPL chez les premières algues multicellulaires (Chlorokybus atmophyticus). La caractérisation biochimique de l’ARF de C. atmophyticus indique qu’il partageait déjà les mêmes propriétés que les ARFs des plantes terrestres et était aussi capable d’interagir avec TPL comme certains ARFs. L’absence d’homologues du récepteur de l’auxine chez ces algues primitives indique cependant que la dépendance à l’auxine aurait été acquise plus tard avec l’apparition du système corécepteur TIR1/AFB-Aux/IAA après la divergence des charophytes vers les plantes terrestres. / Auxin is a plant hormone implicated in almost all plant developmental stages, since the embryo formation till flowering, determining the position of the organs in the plant and thus, its whole structure. As for any other hormone, auxin perception is followed by a signal transduction that finishes in a series of changes in a plant cell, including transcriptional changes. This thesis is divided in 3 chapters, each with a focus on the structural, molecular and evolutionary aspects of different proteins involved in the regulation of auxin genes response.First, we focused our studies on TOPLESS (TPL), a co-repressor implicated, not only in auxin responsive genes repression, but also in many other plant processes due to its interactions with numerous transcriptional repressors in plants. Our determination of the TPL N-terminal structure allowed us to understand that TPL can interact with different partners through the same binding site. Moreover, it revealed that TPL is a tetrameric protein, with the tetramerization interface formed by a newly identify domain, the CRA domain, that is also part of the binding site. The high residues conservation in both tetramerization interface and TPL binding site since m.y.a indicates the importance of TPL role since the origin of plants. This work also shows that the structural similarities between TPL and other co-repressor with similar domains but different function nicely exemplify how evolution plays with common features for creating new functions.Second, we studied ARF proteins, the transcription factors of the auxin transcriptional response, with a focus on their DNA binding preferences. For this, we used a combination of bioinformatic analyses of DAP-seq ARFs genomic binding, with in vitro DNA binding tests and structure modelling. Our results point out that different ARFs can have different preferential binding sites within the genome, with these preferences being determined by the orientation and spacing of the binding motifs. Moreover, our studies suggest that depending on the binding site, ARFs could bind with different conformations using dimerization interfaces not yet discovered. These results can explain how different ARFs co-expressed inside a plant cell can collaborate to the specificity and robustness of auxin transcriptional response by differential bindings to the genome.Finally, we travelled back in time to position the origin of auxin signalling pathway in the evolution of plants. Here we looked for protein homologues of the auxin signalling pathway in charophyte green algae, the most ancient plants ancestor (450 M years). This search retrieved an ARF and a TPL homologue in the first multicellular charophyte algae (Chlorokybus atmophyticus). The biochemical characterization of C. atmophyticus ARF indicated that it presented already the same properties of the ARFs from land plants and that it was able to interact with TPL protein, as it is the case for some ARFs. The absence of auxin receptor homologues in these primitive algae indicates however that auxin-dependency appeared with the acquisition of TIR1/AFB-Aux/IAA coreceptor system, after charophytes divergence into land plants.

Sprayer hygiene and concerns of off-target injury from auxin herbicides have increased in recent years. New auxin tolerant crops have broadened the use patterns of these herbicides. Therefore, experiments were conducted across two locations in Mississippi in 2016, 2017, and 2018 to evaluate sprayer cleanout procedures to aid in dicamba removal. Standard sprayer cleanout consisted of a triple rinse of 10% tank volume, with either a tank cleaner or ammonia added in the second rinse. Samples collected in each rinse step for all treatments were applied to actively growing soybean and dicamba concentration quantified with HPLC. Experiments were conducted to determine if various tank cleaners and ammonia produce visual injury when applied to actively growing soybean and cotton alone and in conjunction with glyphosate. No tank cleaner caused visual injury nor affected plant heights or yield. Furthermore, experiments were conducted to evaluate tank cleaner effectiveness to remove dicamba utilizing the standard cleanout procedure, with increased rinse volumes, sequence of water and tank cleaner rinses, and cleanout effectiveness following durations of idle time from application to cleanout. No tank cleaner provided greater dicamba removal, with all cleaners performing the same as cleanouts utilizing water alone. Increasing rinse volumes did not positively affect dicamba removal compared to 10% rinse volumes. Multiple rinse steps utilizing a tank cleaner or altering the standard cleanout procedure utilizing a water-tank cleaner-water rinse sequence did not result in greater dicamba removal from contaminated sprayer systems. Finally, increases in time between contamination with dicamba and cleanout did not negatively influence dicamba removal using the standard cleanout procedure.

Telomere dysfunction is a significant source of genomic instability and contributes to the development of cancer. The multi-protein complex shelterin binds telomeric DNA to mitigate telomere dysfunction and ensure overall telomere stability. In addition to shelterin, the telomeric cap includes the telomeric repeat-containing RNA, TERRA, which associates with telomeric proteins and the telomeric DNA itself, often forming RNA:DNA hybrids or R-loops. TERRA is most abundant in cancer cells that utilize the alternative lengthening of telomeres (ALT) pathway, where it has been suggested that TERRA R-loops act as a source of replication stress at telomeric DNA that ultimately contributes to the activation of the ALT mechanism. In an effort to evaluate the effect TERRA may have on the emergence of the ALT phenotype, we sought to identify the enzyme(s) that regulate TERRA degradation in mammalian cells. Here, we leveraged an auxin-inducible degron (AID) system to identify the 5’-3’ exoribonuclease XRN2 as a direct modulator of TERRA stability in mammalian cells. Following XRN2 depletion, we demonstrate a significant increase in TERRA on chromatin in both non-ALT and ALT-positive cell lines. While the stabilization of TERRA on chromatin alone was insufficient to drive replication stress and activation of ALT in telomerase cells, depletion of XRN2 in the ALT-positive context led to a significant increase in R-loops and DNA damage signaling at telomeric DNA. Thus, increased TERRA stability alone is unlikely to activate ALT but may instead exacerbate ALT activity. Taken together, we demonstrate that XRN2 regulates TERRA stability, that defects in TERRA metabolism can alter telomere stability, and dysfunction in both factors drive telomere dysfunction in cells that rely on the ALT pathway. / 2024-08-12T00:00:00Z

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