Study of the connection between components of the circadian clock and lipid metabolism in Arabidopsis thaliana
Etude de la connexion entre le métabolisme des lipides et les composants de l'horloge circadienne dans Arabidopsis thaliana
Abstract
Plants, as sessile organisms, are constantly exposed to rhythmic environmental fluctuations, which can affect their own development and survival. Plants cope with these fluctuations by the presence of an internal timekeeper, known as the circadian clock. The role of the circadian clock is anticipating these rhythmic environmental fluctuations in order to adjust several physiological processes to external conditions. During the development of this PhD program, the role exerted by molecular components of the circadian clock on fatty acid and glycerolipid metabolism within seed was studied using the model plant Arabidopsis thaliana. The composition of fatty acids and glycerolipids were characterized in mature seeds collected from circadian clock mutant plants (toc1-1, toc1-2, TOC1-ox, prr5-1, prr7-3, prr9-1 and cca1-11 lhy-21) and compared to their respective wild-type (C24, Col-0 and Ws). Modifications in the mole percents of six fatty acids (C18:0, C18:1, C18:2, C18:3, C20:0 and C20:1) observed between both toc1 mutants and their respective wild-type mature seeds reached up to 5 % in contrast to the other circadian clock mutants (TOC1-ox, prr5-1, prr7-3, prr9-1 and cca1-11 lhy-21) where differences with their respective WT were lower than 2 %. Both toc1 mutants were, therefore, selected in order to study the potential role of TOC1 in the regulation of fatty acid metabolism during seed maturation. The qualitative analyses of fatty acids showed that the mole percents of C18:0, C18:3, C20:0 and C20:1 were significantly increased in both toc1-1 and toc1-2 mutant mature seeds. The percentages of C18:0, C18:3, C20:0 and C20:1 moieties glycerolipids were also significantly increased in both toc1 mutant mature seeds. The quantitative analyses showed that the total amount of fatty acids was increased in both toc1 mutant mature seeds. Results showed that fatty acid and glycerolipid profiles observed in both toc1 mutant mature seeds were specifically associated to seed maturation. RT-qPCR analyses revealed that the expression of fatty acid desaturase 2 (FAD2, AT3G12120), fatty acid desaturase 3 (FAD3, AT2G29980), fatty acid elongase (FAE1, AT4G34520) and the transcription factor bZIP67 (AT3G44460) and WRINKLED1 (WRI1, AT3G54320) were increased in toc1-1 developing seeds. Collectively, all these results point to the participation of TOC1 in the control of fatty acid synthesis in developing Arabidopsis thaliana seeds.
En tant qu’organismes sessiles, les plantes sont constamment exposées à des fluctuations rhythmiques environnementales qui peuvent affecter leurs propres développements et leurs survies. Les plantes font face à ces fluctuations grâce à la présence d’une horloge biologique interne, également appelée l’horloge circadienne. Le rôle de l’horloge circadienne est d’anticiper ces fluctuations rythmiques environnementales afin d’ajuster les processus physiologiques des plantes aux conditions externes. Au cours de cette thèse, le rôle exercé par des composants moléculaires de l’horloge biologique sur le métabolisme des acides gras et des glycérolipides dans les graines a été étudié en utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana. La composition des acides gras et des glycérolipides a été caractérisée dans des graines matures collectées à partir de plantes mutantes de l'horloge circadienne (toc1-1, toc1-2, TOC1-ox, prr5-1, prr7-3, prr9-1 et cca1-11 lhy-21) et comparée à leurs graines sauvages respectives (C24, Col-0 et Ws). Les modifications dans le pourcentage molaire de six acides gras observées entre les deux mutants toc1 et leurs graines matures sauvages ont atteint jusqu'à 5 % contrairement aux autres mutants de l'horloge circadienne où les différences avec leurs graines sauvages étaient inférieures à 2 %. Les deux mutants toc1 ont donc été sélectionnés afin d'étudier le rôle potentiel de TOC1 dans la régulation du métabolisme des acides gras au cours de la maturation des graines. Les analyses qualitatives ont montré une augmentation dans le pourcentage molaire de C18:0, C18:3, C20:0 et C20:1 dans les graines matures mutantes toc1-1 et toc1-2. Le pourcentage molaire des glycérolipides contenant les acides gras C18:0, C18:3, C20:0 et C20:1 est augmenté dans les graines matures toc1. Les analyses quantitatives des acides gras ont montré que la quantité totale des acides gras est augmentée dans les graines matures toc1. Les profils en acides gras et en glycérolipides observés dans les graines matures toc1 sont spécifiquement associés au processus de maturation des graines. Les résultats de RT-qPCR ont révélé que l'expression de FAD2 (AT3G12120), FAD3 (AT2G29980), FAE1 (AT4G34520), bZIP67 (AT3G44460) et WRI1, AT3G54320), étaient augmentées dans les graines en développement toc1-1. Ces résultats conduisent à la conclusion que TOC1 participe au contrôle du métabolisme des acides gras au cours du développement des graines d’Arabidopsis thaliana.
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