Recycler pour rester vert

Résultats scientifiques Biologie végétale

La voie de recyclage ("salvage pathway") permet la mise à disposition rapide des nucléotides nécessaires à la synthèse et à la réparation de l'ADN. Chez les plantes, cette voie est particulièrement importante pour la réplication et la réparation du génome du chloroplaste. En son absence, l'efficacité de réplication est réduite ce qui induit une instabilité du génome et l'utilisation d'origines de réplication alternatives. Cette étude a été publiée dans la revue Plant Physiology.

Les interactions entre les systèmes génétiques nucléaire et cytoplasmiques sont essentielles pour le développement des plantes, d'où l'importance de comprendre les mécanismes contrôlant la plasticité et l'évolution des génomes des organelles.

En collaboration avec le Prof. Alice Barkan (Oregon University), une banque de mutants de maïs affectés dans la biogenèse du chloroplaste a été criblée pour identifier ceux présentant un nombre réduit de copies de leur génome chloroplastique (cpADN). Les chercheurs ont ainsi sélectionné un mutant déficient dans le gène de la thymidine kinase (CPTK1). La thymidine kinase est une enzyme clé de la voie de recyclage qui réutilise les nucléosides de la thymidine pour produire de la dTTP (deoxythymidine triphosphate). Chez le maïs la protéine CPTK1 est localisée à la fois dans les mitochondries et les chloroplastes, mais sa perte affecte seulement ces derniers, révélant son rôle dans la réplication rapide du cpADN, étape précoce essentielle du développement de la plante.

Le mutant se caractérise également par l'accumulation de formes tronquées du cpADN générées par des processus de recombinaison anormale à partir de courtes séquences homologues dans le génome. La perte des origines normales de réplication provoque alors, chez le mutant cptk1, la mobilisation d'une nouvelle origine de réplication localisée au voisinage de l'unité de transcription rpoB (ARN polymérase chloroplastique). L'émergence de cette nouvelle origine de réplication soulève des questions importantes, concernant la relation entre transcription et réplication et les mécanismes qui évitent les conflits de réplication au début de la biogenèse des chloroplastes, très "consommatrice" de nucléotides.

 

Image retirée.
Figure : Le mutant cptk1 a un phénotype albino et une taille réduite par rapport au sauvage. Trois zones de la feuille correspondant à différentes phases du développement du chloroplaste ont été analysées (en vert, bleu et rouge). Le graphique montre le nombre de copies des différentes régions du génome du chloroplaste par rapport au témoin sauvage. Dans le mutant il y a une réduction importante de la région SSC et d'une grande partie de la région IR qui contient les origines de réplication connues oriA et oriB, au profit d'une nouvelle origine de réplication (flèche rouge) qui co-localise avec la zone promotrice de l'unité de transcription rpoB (flèche horizontale).

© José M. Gualberto

 

Pour en savoir plus :

An organellar thymidine kinase is required for the efficient replication of the maize plastidial genome.
Le Ret M, Belcher S, Graindorge S, Wallet C, Koechler S, Erhardt M, Williams-Carrier R, Barkan A, Gualberto JM.

Plant Physiol. 2018 Oct 10. pii: pp.00976.2018. doi: 10.1104/pp.18.00976. [Epub ahead of print]