Thèse Rôle des Voies de Signalisation Plastidiales et Liées au Ppgpp dans le Processus d'Émergence des Plantules Arabidopsis Thaliana du Sol H/F

Doctorat_Gouv

Dans les sols, les graines germent souvent dans l'obscurité. Les jeunes plantules adoptent alors le programme de développement à l'obscurité (skotomorphogénèse) : hypocotyle très allongé, cotylédons très petits et non verts, et crochet apical qui protège le méristème pendant la percée du sol. Dès que la plantule atteint la surface, la skotomorphogénèse bascule rapidement vers la photomorphogénèse. Cette transition implique une réorganisation massive de la chromatine, une hausse globale de l'activité transcriptionnelle dans les noyaux des cotylédons et la différenciation des étioplastes en chloroplastes fonctionnels. La réussite de ce passage délicat conditionne la survie de la plantule et constitue un facteur clé de la vigueur des graines en agriculture. Malgré l'importance du phénomène, très peu d'études ont évalué l'influence du sol (texture, humidité, pression mécanique) sur ce processus.
Lors de l'émergence, la petite plantule d'Arabidopsis thaliana dépend de l'énergie fournie par la respiration mitochondriale et par les étioplastes. Des travaux récents de notre laboratoire et de nos partenaires ont mis en évidence que les plastes, via le messager nucléotidique guanosine tétraphosphate (ppGpp), régulateur de l'expression plastidiale, jouent un rôle clé dans la régulation de la skotomorphogénèse des plantules.
L'objectif du projet de doctorat est de caractériser la manière dont les voies de signalisation du ppGpp orchestrent la coordination de l'expression génique plastidiale et nucléaire, et de déterminer comment cette coordination influence l'émergence des plantules depuis le sol.
Les analyses prévues sont au niveau de l'architecture nucléaire, l'expression génique, le profil skotomorphogénique, des paramètres physiologiques, de l'efficacité d'émergence des plantules étiolées et du taux de verdissement et de survie des plantules en cours de dé-etiolation. Ces analyses seront réalisées sous différentes conditions de sol chez Arabidopsis, en analysant des mutants qui n'accumulent aucun ppGpp, des mutants qui accumulent des niveaux élevés de ppGpp et des mutants présentant une altération des voies de rétro-signalisation plasme-noyau.

In Nature, seeds can be covered by soil and germinate in the absence of light. In this situation, the dark-grown (etiolated) seedlings follow a specific early developmental program called skotomorphogenesis. Once the seedlings reach the surface, skotomorphogenesis transitions to photomorphogenesis. However, the impact of soil conditions with varying mechanical and oxygenation properties on the bioenergetic organelles and the signaling pathways that control germination, skotomorphogenesis, and photomorphogenesis remains poorly understood.

In this project, we aim to characterize how ppGpp, a regulator of plastid biogenesis, coordinates plastid and nuclear gene expression and how this coordination affects seedling emergence from soil.

The experimental setup is based on a sterile agar plate with a sand top-layer system developed in the lab (L. Merendino), adapted from described protocols that reconstitute a soil-like system under a highly controlled environment.
Analyses of nuclear architecture, organellar and nuclear gene expression, skotomorphogenic profile, physiological parameters, emergence efficiency of etiolated seedlings, and greening and survival rates of de-etiolating seedlings will be performed in Arabidopsis mutants that accumulate either no ppGpp or higher levels of ppGpp.