Régulation post-traductionnelle des canaux potassiques par les CPKs (Protéines Kinases Dépendantes du Calcium) chez Arabidopsis thaliana : un rôle dans la réponse adaptative aux stress environnementaux ? Les canaux potassiques de la famille Shaker sont des voies majeures du transport de K+ à travers la membrane plasmique. Ces canaux sont impliqués dans l'absorption du potassium depuis le sol et dans sa redistribution dans les parties aériennes de la plante. Ils sont également impliqués dans les mouvements stomatiques et sont pour cela finement régulés. Ils peuvent subir des modifications post-traductionnelles telle que la phosphorylation par des protéines kinases. L'objectif principal de ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et a pour but d'évaluer l'implication des CPKs dans la régulation post-traductionnelle des canaux Shaker. Les mécanismes d'action de deux CPKs (CPK13 et CPK6) sur la sous-unité entrante KAT2 sont plus spécifiquement étudiés. La première partie du travail de thèse avait pour but de mettre en place le matériel nécessaire pour l'étude en réalisant les clonages, la production des protéines recombinantes et leur caractérisation et testant les premiers effets des CPKs sur l'activité des canaux en expression hétérologue. La seconde partie concerne l'étude du rôle de CPK13 dans la régulation stomatique via la sous-unité KAT2. Nous montrons que la sur-expression de CPK13 dans les lignées transgéniques induit, à court terme, un défaut dans l'ouverture stomatique et également, à long terme, un défaut dans la croissance de la plante. L'existence d'une interaction physique à la membrane plasmique entre CPK13 et KAT2 est montrée à l'aide de la technique de FRET-FLIM. et la phosphorylation de la sous-unité KAT2 par la protéine recombinante CPK13 est montrée in vitro à l'aide de puces à peptides. Enfin, il est montré par voltage-clamp en ovocyte de xénope que CPK13 inhibe l'activité de KAT2 de plus de 60%. Dans la dernière partie, nous présentons un ensemble de résultats qui suggèrent un rôle de CPK6 dans la tolérance au stress salin via son action sur KAT2. Il est en effet connu qu'en cas de stress salin, l'activité des canaux responsables de l'influx de potassium est stimulée, ce qui contribue au maintien d'un faible ratio Na+/K+ dans les cellules. Or, nous montrons un effet activateur de la CPK6 sur l'activité de KAT2, à l'aide de la technique de voltage-clamp. Nous montrons que l'expression du gène CPK6 est très augmentée en réponse à un stress salin et que ceci est concomitant avec le déclenchement d'une vague calcique en réponse à ce même stress. L'utilisation de lignées GUS a permis de vérifier que les patrons d'expression des gènes CPK6 et KAT2 sont identiques chez Arabidopsis thaliana. Enfin, nous montrons une interaction physique entre le canal KAT2 et la protéine CPK6 (FRET-FLIM) et la phosphorylation de KAT2 par CPK6 (puces à peptides). / Post-translational regulation of potassium channels by CPKs (Calcium-dependent Protein Kinases) in Arabidopsis thaliana: a role in adaptive response to environmental stresses?Potassium Shaker channels are major pathways for K+ across plant cell plasma membrane. These channels are implicated in K+ absorption from soil and in its redistribution throughout the plant. They are more particularly implicated in stomatal movement and therefore are finely regulated. They can especially undergo post-translational modifications such as phosphorylation by protein kinases. The aim of this work is to determine the implication of CPKs (Ca2+-dependent Protein Kinases) in Shaker channel post-translational regulation. CPK13 and CPK6 molecular mechanisms of action on Shaker sub-unit KAT2 activity are specifically studied here. First part of this work consisted in cloning, producing and characterizing recombinant proteins and broad screening of CPK effects on Shaker channel activity, using heterologous expression. Second part focuses on the role of CPK13 in stomatal regulation through its effect on KAT2 activity. Over-expression of CPK13 in plant is shown to induce a defect of stomatal aperture and plant growth. KAT2 and CPK13 interaction at the plasma membrane is evidenced by using FRET-FLIM technique. KAT2 phosphorylation by CPK13 is checked on peptide arrays. Finally, a 60% decrease of KAT2 activity by CPK13 is shown using voltage-clamp on xenopus oocyte. Third and last part of this work suggests a role of CPK6 in salt stress resistance through KAT2 channel regulation. Inward potassium channels are indeed known to be activated upon salt stress to contribute keeping a low Na+/K+ ratio. Now, voltage-clamp technique demonstrates that KAT2 activity is increased by CPK6 and salt stress is shown to both increase CPK6 expression and elicit a calcium wave. Using GUS lines evidences KAT2 and CPK6 co-expression in Arabidopsis thaliana (in phloem and guard cells). Physical interaction between these two partners is shown by FRET-FLIM, and KAT2 phosphorylation by CPK13 gets strong support from peptide array assays.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2013NSAM0021 |
| Date | 27 November 2013 |
| Creators | Ronzier, Elsa |
| Contributors | Montpellier, SupAgro, Thibaud, Jean-Baptiste, Xiong, Tou Cheu |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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