http://www.tvsud.fr/article/salon-international-agriculture-2017-decouvrez-ce-que-science-propose-avec-inra/PAD_PAD_270217-2

http://www.inra.fr/Entreprises-Monde-agricole/Resultats-innovation-transfert/Tous-les-dossiers/Les-rencontres-du-SIA-2017-les-domaines-d-innovation/Innovations-foret-bois/(key)/7

Desirée Gütle défendra publiquement sa thèse mercredi 29 mars à 9h (amphi 7 FST).

“ Characterization of the ferredoxin/thioredoxin system and its targets in Physcomitrella patens ”

Résumé

La régulation redox est un mécanisme ancien présent chez les organismes biologiques et impliquée dans diverses voies métaboliques. En particulier chez les organismes photosynthétiques elle est responsable des mécanismes d’adaptation rapide dans un environnement constamment modifié. Dans les chloroplastes le système ferrédoxine/thiorédoxine est la cascade redox principale qui relie l’activité de plusieurs enzymes plastidiales à la source lumineuse. Le rôle central dans ce système est joué par la ferrédoxine-thiorédoxine réductase (FTR), une protéine hétérodimérique qui récupère des électrons à partir de la ferrédoxine photoréduite et les transfère pour réduire des thiorédoxines plastidiales. Ces protéines peuvent alors réduire des enzymes cibles, requérant l’accessibilité de paires de cystéines dans un disulfure dont la réduction résulte en une activation/ inactivation de la cible. Jusqu’à présent des plantes viables n’ont pu être obtenues en l’absence de ce système de régulation. Dans cette thèse des secteurs du système redox ont été explorés chez la plante modèle Physcomitrella patens (une mousse). Par manipulation de gènes l’influence de l’enzyme FTR sur la croissance et le développement de la plante a été analysée suivant différents paramètres. De manière à impacter la fonction de la réductase des changements nucléotidiques simples ont été introduits au niveau des codons programmant les cystéines catalytiques et dans un deuxième temps le gène complet a été supprimé. De façon inattendue nous n’avons observé aucun effet significatif sur la viabilité et le développement des plantes mutantes. De plus, nous avons détecté dans P. patens des thiorédoxines additionnelles absentes chez les plantes à graine qui sont fonctionnelles vis à vis des enzymes cibles mais non-réduites par la FTR. Ceci rend possible un scénario de compensation chez les mutants via un système de réduction FTR-indépendant qui reste à caractériser. Deux des cibles photorégulées, la fructose-1,6-bisphosphatase (FBPase) et la sédoheptulose-1,7-bisphosphatase (SBPase), fonctionnent dans la phase de régénération du cycle de Calvin-Benson cycle et elles possèdent plusieurs caractéristiques de catalyse et de régulation similaires. En combinant des approches biochimiques et structurales, une comparaison fonctionnelle et structurale des deux phosphatases de P. patens a été conduite. De plus l’analyse phylogénétique a révélé une origine procaryotique indépendante des deux séquences en dépit de leurs similitudes structurales et catalytiques.

De plus trois articles de revue résument la plasticité et la représentativité du modèle P. patens pour la recherche forestière, les principes généraux de la régulation redox relativement aux aspects évolutifs et fonctionnels chez les plantes ainsi que l’ état de l’art de lé régulation redox chez les espèces ligneuses en utilisant principalement le peuplier comme modèle.

Mot clès: Régulation redox, FTR système, FBPase, SBPase, Physcomitrella patens

Abstract

Redox regulation is an ancient mechanism present in biological organisms and is involved in diverse cellular pathways. In particular in photosynthetic organisms it is responsible for fast adaption mechanisms to a constantly changing environment. In chloroplasts the ferredoxin/thioredoxin system represents the main redox regulatory cascade which links the activity of several plastid enzymes to the energy source, light. A central role in this system is played by the heterodimeric ferredoxin-thioredoxin reductase (FTR), which gains electrons from the photo-reduced ferredoxin and transfers those further on via reduction to plastidal thioredoxins. Those proteins in turn reduce their target enzymes and require therefore the availability of redox sensitive cysteine pairs whose reduction results in an inactivation/activation switch of the targets.

So far no viable plants could be obtained in complete absence of this redox regulation system. In this thesis single sections of the system were explored in the model plant Physcomitrella patens. Through gene manipulation the influence of the FTR enzyme on plant growth and development was analysed. In order to impact on the function of the reductase, firstly single nucleotide exchange of the catalytic cysteines was performed and later on the  gene was completely deleted. Surprisingly, no significant effect could be observed on the viability and development of mutant lines compared to WT plants. Furthermore we found that P. patens possesses in contrast to seed plants additional thioredoxins which are functional for reduction of FTR target enzymes but are most likely not supplied with electrons by this reductase. Thus a possible rescue scenario independent of FTR could be assumed for P. patens and also by other redox regulation systems present in chloroplasts.

Two of the FTR target enzymes, fructose-1,6-bisphosphatase and sedoheptulose-1,7-bisphosphatase, are functional in the regeneration phase of the Calvin-Benson cycle and share similar characteristics in regulation and catalysis. By combining biochemical and structural approaches a functional comparison of both phosphatases was conducted using cDNAs from P. patens. A more strict TRX-dependent regulation and catalytic cleavage ability for both substrates, FBP and SBP, could be observed for SBPase, whereas FBPase is only capable of cleaving FBP. By obtaining the oxidized x-ray structure of both enzymes these observations can be associated with the distinct positions of regulatory sites and the various sizes of the substrate binding pocket. In addition, the phylogenetic analysis revealed an independent prokaryotic origin for both phosphatases.

Furthermore we summarized in three review articles the amenability of P. patens as model plant for forest research, the general principles of redox regulation in respect of evolution and functional mechanisms in plants, and the current state of the art in forest redox regulation using poplar as exemplary model.

Aurélie Deveau gave an interview during the International Agricultural Show in Paris, about the researches led in our Department.

The defense was held the 2th March 2017 at 13H30 in Amphitheater 7, Faculté des Sciences, Boulevard des Aiguillettes, Vandoeuvre.

” Etude des interactions plantes-champignons symbiotiques et pathogènes: caractérisation d’effecteurs de symbiose pour détecter les points de vulnérabilité du système immunitaire des arbres”

Congratulations Claire for your brilliant defense!

Jonathan Przybyla-Toscano, étudiant au sein de l’équipe Redox de l’unité, défendra publiquement sa thèse vendredi 3 février à 13h (amphi 7 FST).

Venez nombreux !

Vendredi 3 février, 13h, (Amphi 7, FST): Jonathan Przybyla-Toscano (IAM)

Functional analysis of NFU and ISCA: proteins involved in Fe-S cluster maturation in Arabidopsis thaliana mitochondria

Abstract: In plants, iron-sulfur (Fe-S) proteins are involved in crucial processes such as photosynthesis and respiration. The maturation of these proteins requires the de novo synthesis of their Fe-S clusters through dedicated assembly machineries. Plants have three Fe-S cluster assembly machineries, namely SUF, ISC and CIA, devoted to the maturation of plastidial, mitochondrial and nuclear or cytosolic proteins, respectively. During the mitochondrial Fe-S protein maturation, a [2Fe-2S] cluster is first assembled on the ISU scaffold protein then transferred to target proteins with the help of chaperones and various transfer proteins. If these steps are sufficient for the maturation of [2Fe-2S] proteins, a reductive coupling process of two [2Fe-2S] clusters is required for the maturation of [4Fe-4S] proteins. This conversion needs transfer proteins and an electrons donor, potentially the same ferredoxin which acts during the first step of the Fe-S cluster biogenesis for sulfur reduction. By combining molecular, biochemical and genetic approaches, the involvement of NFU and ISCA transfer protein and mitochondrial ferredoxin (mFDX) in the late transfer and conversion steps has been explored during this PhD project by using the Arabidopsis thaliana plant model. Yeast complementation experiments have demonstrated that plant NFU and ISCA proteins have functions similar to their respective orthologs, suggesting that these late steps are conserved. However, unlike yeast, the characterization of nfu mutant lines indicates that both proteins are essential for early embryonic development. At the molecular level, in vivo and in vitro approaches have shown an interaction between ISCA1a or ISCA1b and ISCA2, NFU4 and NFU5 but no interaction with the two mFDX whose participation in the late steps remains uncertain. The formation of ISCA1-ISCA2 holo-heterocomplexes has been confirmed by co-expression in E. coli and purification of recombinant proteins. Overall, the literature and results obtained here highlight a model where ISCA1/2 heterocomplexes would act immediately downstream of NFU proteins which would a minima allow [4Fe-4S] cluster maturation of the lipoate synthase. This sole partner could primarily explain the lethality of a nfu4 x nfu5 double mutant because the activity of several proteins central for the mitochondrial metabolism depends on lipoic acid.

Le séminaire de la semaine sera donné demain par Stéphane Hacquard (Max Plank Institute) et sera suivi d’une réunion scientifique, ouverte à tous, portant sur les recherches faites dans l’unité concernant les communautés microbiennes/microbiome.

Vendredi 20 janvier, 13h30 (LGEF) : Stéphane Hacquard (Max Plank Institute, Cologne)

« Dissecting the Multispecies Interaction Network at the Arabidopsis Root/Soil Interface »

Dear all,

The seminar of tomorrow will be given by Stephan Hacquard from the Max Plank Institute. After the seminar, we will have a scientific meeting on microbiome research done in the unit. This meeting is open to all.

Friday 20th of January, 1.30pm (LGEF) : Stéphane Hacquard (Max Plank Institute, Cologne)

« Dissecting the Multispecies Interaction Network at the Arabidopsis Root/Soil Interface »

Vendredi 13 janvier, 13h00 (LGEF): Denys Schenkel (Frankfurt University)

“Volatiles in Soil Communities – Diversity and Interaction”

Prix La Recherche 2016 :

Environnement : La symbiose entre les champignons et les arbres

La publication : Annegret Kohler et al., Nature Genetics, 47, 4, 2015.

Le résultat : Ce papier décrit les modèles moléculaires de l’évolution des champignons mycorrhiziens mutualistes. La plupart des plantes sont intiment associés avec des champignons qui leur fournissent des nutriments en échange de sucres produits et libérés par leurs hôtes. En particulier, les arbres et les orchidées ne peuvent pas pousser sans les champignons. Ce partenariat sous-tend donc la plupart des écosystèmes. L’évolution de ce partenariat a ici été élucidée à travers l’étude du génome différents champignons mycorrhiziens et de certaines orchidées, qui ont été comparés au génome de plusieurs champignons saprophytes (non mycorrhiziens) qui grandissent sur de la matière organique morte.

Trois raisons de récompenser cette publication, par Jacqui Shykoff, de l’Université Paris-Sud, à Orsay, et Denis Faure, de l’Institut de biologie intégrative, à Gif-sur-Yvette :
–    C’est une recherche fondamentale sur l’association plantes-champignons qui structure la plupart des écosystèmes terrestres.
–    Elle élucide les mécanismes partagés avec leurs spécificités individuelles dans l’évolution répétée de ce partenariat entre champignons et plantes.
–    C’est une recherche sur les champignons, un sujet de recherche sous-estimé.

The weekly seminar will be given by Andreas Brune from Max Planck Institute, Marburg. A. Brune is a specialist of  gut microbiota of termites. 

24th of November, 3 pm (LEGF, INRA campus): Andreas Brune 

“The gut microbiota of termites: ecological drivers and convergent evolution”

The weekly seminar will be given by Bernard Grimm from Humbolt University (Berlin). B. Grimm is a specialist of the regulation of chlorophyll regulation. 

18th of November, 1.30pm (Amphi 7, FST): Bernhard Grimm (Université Humboldt, Berlin)

“Multiple ways of posttranslational control of chlorophyll biosynthesis”