Etude de quelques mécanismes de transport impliqués dans l’absorption et la remobilisation de l’azote chez le peuplier, On the transport mechanisms involved in poplar nitrogen acquisition and remobilization

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Sous la direction de Michel Chalot
Thèse soutenue le 09 novembre 2007: Nancy 1
Les différentes études entreprises ont porté sur l’identification des mécanismes moléculaires impliqués dans l’absorption et le transport de certaines sources d’azote, l’ammonium et les acides aminés, chez le peuplier. La première partie du travail, basée sur des analyses bioinformatiques du génome du peuplier a permis d’identifier les gènes modèles codant pour les transporteurs de différents composés azotés. Deuxièmement, des études in situ de la famille de transporteurs AMT chez le peuplier ont permis de montrer que celle-ci comporte 14 membres dont certains présentent une expression tissulaire très spécifique, comme AMT1;2 dans les racines et AMT3;1 dans les feuilles sénescentes. Les troisième et quatrième parties de ce travail se sont focalisées sur l’étude des mécanismes de transport impliqués dans la remobilisation automnale et printanière de l’azote. Ces études se sont notamment attachées à étudier le rôle des membres de deux familles de transporteurs d’acides aminés, la famille AAP et la famille CAT. Au cours de l’automne et au début de l’hiver, on observe une forte accumulation d’arginine au niveau des tiges. L’arginine serait préférentiellement synthétisée à partir de la glutamine issue de la remobilisation de l’azote foliaire. De plus, au niveau des tiges, l’expression de CAT11 est sujette à de fortes variations qui pourraient être reliées aux teneurs en acides aminés notamment l’arginine. D’autre part, avons montré que l’expression spécifique du transporteur putatif d’acides aminés AAP11 dans les bourgeons avant débourrement est liée à la mise en place des vaisseaux du protoxylème au niveau des ébauches foliaires contenues dans les bourgeons.
-Sénescence
This work concerns the identification of molecular mechanisms involved in the absorption and transport of different nitrogen sources, ammonium and amino acids, in poplar. The first part of the work was based on bioinformatic analyses to identify gene modeles coding for nitrogen compound transporters. The second part of my work dealt with the characterization of poplar AMT family which comprised 14 members, some of which presented specific expression pattern, such as AMT1;2 in roots and AMT3;1 in senescing leaves. The third and fourth parts of my work focused on transport mechanisms involved in nitrogen remobilization during autumn and spring. We studied more particularly two families of amino acid transporters, the AAP family and the CAT family. A strong accumulation of arginine was observed in stem during senescence. Glutamine could be preferentially used as a transport component from senescing to perennial tissues and could be preferentially used as nitrogen source for arginine synthesis in stem. Furthermore, CAT11 expression was subjected to high variations in stem, which could be related to total amino acid content and arginine particularly. Moreover, we showed that the specific expression of a putative amino acid transporter AAP11 in bud before bud-burst is linked to the formation of protoxylem cells in vegetative buds.
Source: http://www.theses.fr/2007NAN10082/document
Publié le : mardi 25 octobre 2011
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FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

U.F.R Sciences et Techniques Biologiques
E.D. Ressources, Procédés, Produits et Environnement
D.F.D. Biologie Forestière


Thèse
présentée pour l’obtention du tire de

Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-Université
en Biologie Forestière

par Jérémy COUTURIER

Etude de quelques mécanismes de transport impliqués dans
l’absorption et la remobilisation de l’azote chez le peuplier


Soutenance publique le 9 novembre 2007




Membres du jury :
Président : M. Francis Martin Directeur de Recherches, INRA, Nancy

Rapporteurs : M. Thierry Améglio Directeur de Recherches, INRA,
Clermont-Ferrand
M. Soulaiman Sakr Professeur, Université d’Angers, Angers

Examinateurs : M. Michel Chalot Professeur, Nancy-Université, Nancy
Mme Dominique Gérant Maître de Conférences, Nancy-Université,
Nancy Daniel Wipf Professeur, Université de Bourgogne,
Dijon


U.M.R 1136 Interactions Arbres/Micro-organismes - I.F.R 110 Génomique, Ecophysiologie et Ecologie Fonctionnelle
Faculté des Sciences et Techniques – 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy





A ma famille, avec toute ma reconnaissance et mon affection.
Mes parents, Yoann, Stéphanie, Loïc et Baptiste.


Sans vous je ne serais pas arrivé là où j’en suis aujourd’hui.



Remerciements




Je tiens tout d’abord à remercier les membres du jury, M. Thierry Améglio, M. Soulaiman
Sakr, M. Francis Martin, M. Daniel Wipf et Mme Dominique Gérant d’avoir accepté de juger
mon travail.

Les trois dernières années ont été très riches et ont passé à une vitesse folle. Je tiens à vous
remercier en premier lieu, Michel et Damien, pour la confiance accordée et les conseils
dispensés tout au long de ces trois années. Merci pour tout.

La réussite d’une thèse est le fruit d’un travail personnel mais également collectif. Je tiens
donc à remercier toutes les personnes que j’ai pu côtoyer plus ou moins longtemps depuis mes
débuts. Je pense tout d’abord à tous les membres du labo. Une petite pensée à ceux qui sont
partis, notamment à l’aventurier Régis, au Magnum luxembourgeois Marc et à la bella
italienne Barbara.

Mélanie, maman rayonnante, tu es revenue parmi nous après un séjour doré dans le sud. Je
suis sur que les bonbons te manquaient !!!!! Un grand merci pour ta gentillesse, ton soutien et
tes précieux conseils. Merci pour tout.

Aude, ma photographe préférée, toujours à la recherche du scoop. Merci beaucoup pour tout
ce que tu as fait au cours de ces trois ans. Prends bien soin de tes petits et courage, la dernière
ligne droite approche.

Chantal, je ne peux résister à vous appeler mon poussin une dernière fois. Je n’oublierai pas
vos petites crises de nerfs dues aux crédits et vos tapements de pieds. Allez j’arrête de vous
taquiner, merci pour tout et ne vous inquiétez pas la retraite arrivera bien un jour.

Frédéric, complice de tant de rigolades lors des prélèvements. Enumérer tous les services
rendus serait trop long et j’ai peur d’en oublier. Un grand merci donc au spécialiste de la
perche télescopique.

Annick, merci pour les suggestions pertinentes sur mes travaux, très utiles pour la remise en
question et l’avancement de mon projet.

Claire, merci pour ta gentillesse et l’intérêt pour mon travail.

Didier, Eva, Loïc, les dernières recrues, le plus dur est à venir, courage ça en vaut vraiment la
peine.

Monsieur Botton, merci de l’intérêt constant que vous avez porté à mon travail.

Jean-Pierre, plus qu’un directeur tu es devenu un véritable ami. Merci pour tout ce que tu
m’as apporté bolludo, aussi bien sur le plan professionnel que personnel. Je vais essayer de
progresser en vélo et promis je ne casserai plus de chaîne !!!!
Nico, tu es comme un grand frère pour moi. Tu m’as donné l’envie de faire de la recherche et
je ne te remercierai jamais assez pour ça. Merci pour tout ce que tu as fait pour moi. Et
comme le dit l’expression on remet ça quand tu veux, où tu veux !!!!

Elisabeth, miss cambium, merci pour ces riches discussions sur les mystères des éléments
conducteurs des arbres. Il faut que tu reviennes je suis en manque de chocolat au lait !!!!

Filipe, le seul à comprendre mon admiration pour le phénomène « Juan Roman ». Je vais
essayer de m’entraîner pour contrer ton flip-flap portugais !!!!

Eric, mister zen, c’est toujours un plaisir de discuter avec toi, dommage que tu sois si réticent
à l’idée de dire du bien de l’OM !!!!

Je n’oublie pas les deux « suédois » Kamel et Nico2, merci pour votre bonne humeur et bonne
chance pour la suite.

Veronica, la spécialiste du phosphate, merci pour tous les services rendus.

Sébastien, merci pour les infos concernant la transfo de peuplier.

Enfin, je tiens à remercier toutes les personnes, en particulier les différentes équipes de
l’UMR1136, qui ont croisé mon chemin au cours de ces trois années et qui ont ainsi participé
à la réussite de mes recherches. Abréviations



AAP amino acid permease
ADN acide désoxyribonucléique
ADNc complémentaire
AMT ammonium transporter
ANT aromatic and neutral amino acid transporter
APC amino acid polyamine choline
ARN ribonucléique
ARNm messager
ARNr acide ribosomal
ATF ino acid transporter superfamily
BSP bark storage protein
CAT cationic amino acid transporter
cpm coups par minute
DEPC diéthyl pyrocarbonate
dNTP désoxynuléoside 5’ triphosphate
DO densité optique
EST expressed sequence tag
ETDA éthylène diamine tétra acétate
GABA acide gamma-amino butyrique
GAT GABA transporter
GC-MS gas chromatography-mass spectrometry
GDH glutamate déshydrogénase
GOGAT glutamsynthase
GS ine synthétase
kb kilopaires de bases
LHT lysine histidine transporter
MFS major facilitator superfamily
+NH ammonium 4
-NO nitrate 3
ORF open reading frame
pb paire de bases
PCR polymerase chain reaction
ProT proline transporter
rpm rotation par minute
RT-PCR reverse transcription polymerase chain reaction
SDS sodium dodécyl sulfate
Tris tris (hydroxymethyl) aminométhane
UV ultraviolet
Sommaire



Section 1 Synthèse bibliographique…………………………………………………….1
1. Origines et devenir de l’azote dans les plantes……………………………………………...1
1.1. Généralités - Azote dans le sol…………………………………………………….3
1.2. Origines et devenir de l’ammonium……………………………………………….3
1.2.1. Généralités……………………………………………………………………….3
1.2.2. Origines………………………………………………………………….5
1.2.3. Toxicité de l’ammonium chez les plantes……………………………...7
1.3. Origines et devenir des acides aminés……………………………………………7
1.3.1. Absorption de l’azote organique à partir du sol……………………..…9
1.3.2. Rôles des acides aminés………………………………………………..9
1.3.3. Cycles saisonniers de l’azote chez les espèces pérennes……………….11
1.3.3.1. Généralités……………………………………………………11
1.3.3.2. Sénescence automnale et remobilisation azotée……………...13
1.3.3.3. Remobilisation printanière de l’azote………………………...15

2. Mécanismes de transport de l’ammonium chez les plantes………………………………..17
2.1. Caractérisation biochimique du transport de l’ammonium………………………17
2.1.1. Le système de transport HATS…………………………………………17
2.1.2. Le système de transport LATS………………………………………....19
2.2. Caractérisation moléculaire………………………………………………………19
2.2.1. Famille AMT1………………………………………………………….19
2.2.2. Famille AMT2………………………………………………………….23
2.2.3. Famille AMT chez les arbres…………………………………………..25
2.2.4. Structure et résolution tridimensionnelle des AMT……………………25
2.2.5. Autres systèmes de transport de l’ammonium…………………………27
2.3. Transferts d’ammonium dans les symbioses…………………………………….27
2.3.1 Transport dans la symbiose fixatrice d’azote…………………………...27
2.3.2 Transport dans la symbiose mycorhizienne…………………………….29

3. Mécanismes de transport des acides aminés chez les plantes……………………………...31
3.1. Caractérisation biochimique et moléculaire ……………………………………..31
3.2. La superfamille ATF……………………………………………………………..33
3.2.1. Généralités……………………………………………………………...33
3.2.2. La famille AAP…………………………………………………………35
3.2.2.1. Les membres AAP d’Arabidopsis thaliana…………………..35
3.2.2.2. Les membres AAP des autres plantes………………………...39
3.2.3. Famille LHT……………………………………………………………39
3.2.4. La famille ProT/GAT…………………………………………………..41
3.2.5. La famille ANT………………………………………………………...43
3.2.6. La famille AUX………………………………………………………..43
3.2.7. Les autres membres ATF………………………………………………43
3.3. La superfamille APC…………………………………………………………….45
3.3.1 Généralités………………………………………………………………45
Sommaire

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