Regulation of isoprenoid synthesis in Arabidopsis thaliana analysis of the GGPP branchpoint

Documents pareils
Forthcoming Database

Photoactivatable Probes for Protein Labeling

Analysis of Water Transport in Polymer Electrolyte Fuel Cells using Neutron Imaging

The Exploration of HIV Fitness Landscapes

ELUCIDATION OF THE METABOLIC NETWORK TOPOLOGY IN METHYLOBACTERIUM EXTORQUENS AM1 AND ITS OPERATION UNDER PURE AND MIXED SUBSTRATE CONDITIONS

CLIM/GTP/27/8 ANNEX III/ANNEXE III. Category 1 New indications/ 1 re catégorie Nouvelles indications

Exemple PLS avec SAS

Comprendre l impact de l utilisation des réseaux sociaux en entreprise SYNTHESE DES RESULTATS : EUROPE ET FRANCE

APPENDIX 6 BONUS RING FORMAT

THÈSE. présentée à TÉLÉCOM PARISTECH. pour obtenir le grade de. DOCTEUR de TÉLÉCOM PARISTECH. Mention Informatique et Réseaux. par.

Discours de Eric Lemieux Sommet Aéro Financement Palais des congrès, 4 décembre 2013

Application Form/ Formulaire de demande

Optimized Protocol Stack for Virtualized Converged Enhanced Ethernet

Form of Deeds Relating to Certain Successions of Cree and Naskapi Beneficiaries Regulations

iqtool - Outil e-learning innovateur pour enseigner la Gestion de Qualité au niveau BAC+2

Natixis Asset Management Response to the European Commission Green Paper on shadow banking

IDENTITÉ DE L ÉTUDIANT / APPLICANT INFORMATION

Improving the breakdown of the Central Credit Register data by category of enterprises

UNIVERSITY OF MALTA FACULTY OF ARTS. French as Main Area in an ordinary Bachelor s Degree

sur le réseau de distribution

RULE 5 - SERVICE OF DOCUMENTS RÈGLE 5 SIGNIFICATION DE DOCUMENTS. Rule 5 / Règle 5

Small Businesses support Senator Ringuette s bill to limit credit card acceptance fees

DOCUMENTATION - FRANCAIS... 2

Editing and managing Systems engineering processes at Snecma

DOCUMENTATION MODULE BLOCKCATEGORIESCUSTOM Module crée par Prestacrea - Version : 2.0

AMENDMENT TO BILL 32 AMENDEMENT AU PROJET DE LOI 32

physicien diplômé EPFZ originaire de France présentée acceptée sur proposition Thèse no. 7178

Appointment or Deployment of Alternates Regulations. Règlement sur la nomination ou la mutation de remplaçants CONSOLIDATION CODIFICATION

EN UNE PAGE PLAN STRATÉGIQUE

L ESPACE À TRAVERS LE REGARD DES FEMMES. European Economic and Social Committee Comité économique et social européen

COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION. Brussels, 18 September 2008 (19.09) (OR. fr) 13156/08 LIMITE PI 53

An Ecosystem Service Approach to Coffee Production in a Complex Landscape Mosaic

Calculation of Interest Regulations. Règlement sur le calcul des intérêts CONSOLIDATION CODIFICATION. Current to August 4, 2015 À jour au 4 août 2015

«Rénovation des curricula de l enseignement supérieur - Kazakhstan»

Présentation par François Keller Fondateur et président de l Institut suisse de brainworking et M. Enga Luye, CEO Belair Biotech

MELTING POTES, LA SECTION INTERNATIONALE DU BELLASSO (Association étudiante de lʼensaparis-belleville) PRESENTE :

that the child(ren) was/were in need of protection under Part III of the Child and Family Services Act, and the court made an order on

LOI SUR LA RECONNAISSANCE DE L'ADOPTION SELON LES COUTUMES AUTOCHTONES ABORIGINAL CUSTOM ADOPTION RECOGNITION ACT

Interest Rate for Customs Purposes Regulations. Règlement sur le taux d intérêt aux fins des douanes CONSOLIDATION CODIFICATION

Archived Content. Contenu archivé

RÉSUMÉ DE THÈSE. L implantation des systèmes d'information (SI) organisationnels demeure une tâche difficile

Règlement relatif à l examen fait conformément à la Déclaration canadienne des droits. Canadian Bill of Rights Examination Regulations CODIFICATION

NORME INTERNATIONALE INTERNATIONAL STANDARD. Dispositifs à semiconducteurs Dispositifs discrets. Semiconductor devices Discrete devices

L OBSERVATOIRE DE LA BIOLOGIE DE SYNTHESE SYNTHETIC BIOLOGY OBSERVATORY

ETABLISSEMENT D ENSEIGNEMENT OU ORGANISME DE FORMATION / UNIVERSITY OR COLLEGE:

Resident Canadian (Insurance Companies) Regulations. Règlement sur les résidents canadiens (sociétés d assurances) CONSOLIDATION CODIFICATION

Instructions Mozilla Thunderbird Page 1

DOCUMENTATION - FRANCAIS... 2

SCHOLARSHIP ANSTO FRENCH EMBASSY (SAFE) PROGRAM APPLICATION FORM

La solution idéale de personnalisation interactive sur internet

LE FORMAT DES RAPPORTS DU PERSONNEL DES COMMISSIONS DE DISTRICT D AMENAGEMENT FORMAT OF DISTRICT PLANNING COMMISSION STAFF REPORTS

An Ontology-Based Approach for Closed-Loop Product Lifecycle Management

AUTUMN/WINTER PARIS COLLECTION

CEPF FINAL PROJECT COMPLETION REPORT

Frequently Asked Questions

Règlement sur les baux visés à la Loi no 1 de 1977 portant affectation de crédits. Appropriation Act No. 1, 1977, Leasing Regulations CODIFICATION

AUDIT COMMITTEE: TERMS OF REFERENCE

Mise en place d un système de cabotage maritime au sud ouest de l Ocean Indien. 10 Septembre 2012

RISK-BASED TRANSPORTATION PLANNING PRACTICE: OVERALL METIIODOLOGY AND A CASE EXAMPLE"' RESUME

I. COORDONNÉES PERSONNELLES / PERSONAL DATA

Conseillère : Stephanie Penwarden

The UNITECH Advantage. Copyright UNITECH International Society All rights reserved. Page 1

LES CYTOKININES. 1962: la molécule active du lait de coco a les caractéristiques d une base nucléique, l adénosine (base purique)

La Poste choisit l'erp Open Source Compiere

VTP. LAN Switching and Wireless Chapitre 4

PeTEX Plateforme pour e-learning et expérimentation télémétrique

Préconisations pour une gouvernance efficace de la Manche. Pathways for effective governance of the English Channel

Tammy: Something exceptional happened today. I met somebody legendary. Tex: Qui as-tu rencontré? Tex: Who did you meet?

Master Développement Durable et Organisations Master s degree in Sustainable Development and Organizations Dossier de candidature Application Form

INVESTMENT REGULATIONS R In force October 1, RÈGLEMENT SUR LES INVESTISSEMENTS R En vigueur le 1 er octobre 2001

Railway Operating Certificate Regulations. Règlement sur les certificats d exploitation de chemin de fer CODIFICATION CONSOLIDATION

Utiliser une WebCam. Micro-ordinateurs, informations, idées, trucs et astuces

Short-term Pooled Investment Fund Regulations. Règlement sur le fonds commun de placement à court terme CONSOLIDATION CODIFICATION

BILL 203 PROJET DE LOI 203

WEB page builder and server for SCADA applications usable from a WEB navigator

THE OUAGADOUGOU RECOMMENDATIONS INTERNET INFRASTRUCTURE FOR AN AFRICAN DIGITAL ECONOMY 5-7 MARCH 2012

Stéphane Lefebvre. CAE s Chief Financial Officer. CAE announces Government of Canada participation in Project Innovate.

Must Today s Risk Be Tomorrow s Disaster? The Use of Knowledge in Disaster Risk Reduction

English Q&A #1 Braille Services Requirement PPTC Q1. Would you like our proposal to be shipped or do you prefer an electronic submission?

Electrochemically-Addressable Polyelectrolyte Substrates : a Versatile Platform for Cell Sheet Engineering

REMOTE DATA ACQUISITION OF EMBEDDED SYSTEMS USING INTERNET TECHNOLOGIES: A ROLE-BASED GENERIC SYSTEM SPECIFICATION

Discours du Ministre Tassarajen Pillay Chedumbrum. Ministre des Technologies de l'information et de la Communication (TIC) Worshop on Dot.

Notice Technique / Technical Manual

Lean approach on production lines Oct 9, 2014

INSTRUCTIONS. Comment compléter le formulaire. How to complete this form. Instructions

UNIVERSITE DE YAOUNDE II

CLIQUEZ ET MODIFIEZ LE TITRE

COPYRIGHT Danish Standards. NOT FOR COMMERCIAL USE OR REPRODUCTION. DS/EN 61303:1997

Programming Server-Side Web Applications with Object-Oriented PHP NC Group Syllabus. Duration: 75 hours 1-2-2

Cette Leçon va remplir ces attentes spécifiques du curriculum :

Université de XY University of XY. Faculté XY Faculty of XY

APPENDIX 2. Provisions to be included in the contract between the Provider and the. Holder

Paxton. ins Net2 desktop reader USB

First Nations Assessment Inspection Regulations. Règlement sur l inspection aux fins d évaluation foncière des premières nations CONSOLIDATION

CONVENTION DE STAGE TYPE STANDART TRAINING CONTRACT

Credit Note and Debit Note Information (GST/ HST) Regulations

Nouveautés printemps 2013

Projet de réorganisation des activités de T-Systems France

Avis certifiant que des pays accordent les avantages du droit d auteur. Certification of Countries Granting Equal Copyright Protection Notice

Quick Start Guide This guide is intended to get you started with Rational ClearCase or Rational ClearCase MultiSite.

Transcription:

DISS. ETH NO. 20230 Regulation of isoprenoid synthesis in Arabidopsis thaliana analysis of the GGPP branchpoint A dissertation submitted to the ETH Zürich For the degree of Doctor of Sciences Presented by Gilles Beck MSc of Plant Molecular Biology and Natural Compounds University of Strasbourg (France) Born on the 14 th of April 1982 Citizen of France Accepted on the recommendation of Pr. Dr. Wilhelm Gruissem, examiner Dr. Eva Vranová, co-examiner Pr. Dr. Stefan Hörtensteiner, co-examiner 2012

Abstract Plants have elaborated ingenious ways to communicate with their environment. Evolution has selected the most imaginative and fascinating tools to interact with the surrounding world and this creativity is emphasized by their diversity. Since movement is by definition forbidden, chemical biosynthesis has become a key investment of plant metabolism. Low-weight compounds known as secondary metabolites, among which isoprenoids or terpenoids are the most abundant, are involved in various processes. Many important physiological and developmental functions rely on isoprenoids. Several predominant hormones including gibberellic and abscisic acids, cytokinins, brassinosteroids and strigolactones, are isoprenoids. Photosynthesis depends on light harvesting compounds such as chlorophylls and carotenoids, while quinones are key electron transporters of the respiratory and photosynthetic chains. Reactive Oxygen Species (ROS) are efficiently neutralized by antioxydants among which can be cited tocopherols. Pollinator attractors and herbivore repellents are also emitted by plants under the form of monoterpenes, sesquiterpenes and diterpenes. Several isoprenoids are widely used commercially as colorants, drugs, aromas, scents (Chappell, 2002). Understanding the regulation of isoprenoid biosynthesis and its integration in the global metabolic network is therefore of high interest. GGPP (geranylgeranyl diphosphate) is a key intermediate in the isoprenoid biosynthetic pathways since many different classes of metabolites are derived from it. In the genome of the model plant Arabidopsis thaliana, GGPP synthases (GGPPSs) are putatively encoded by twelve paralogs (Lange and Ghassemian, 2003). The goal of this project was to determine why so many genes had been retained in the Arabidopsis genome and whether some of these isozymes had acquired specificity in terms of functionality, sub-cellular localization, expression patterns or were connected to some of the downstream pathways using GGPP as precursor. This work is the first complete and comprehensive study of Arabidopsis GGPPS family. Diana Coman, who shared this large project, showed that GGPPS5 (At3g14510) was coding for a non-functional protein because of a frameshift in its nucleotide sequence (Coman, 2010). Another isozyme (GGPPS12; At4g38460) was shown to be not functional as a GGPPS (although active as the small subunit of heteromeric GPPS; Wang and Dixon, 2009), while ten other proteins, namely GGPPS1-4; GGPPS6-11, could produce GGPP in vivo, as 9

shown by the genetic complementation of carotenoid-synthetic cluster in E. coli. The subcellular localization of the ten functional GGPPSs was investigated by the analysis of Arabidopsis plants expressing GGPPS-eGFP constructs. This demonstrated that Arabidopsis GGPPSs are localized in three distinct compartments. GGPPS1 was localized in the mitochondria, GGPPS3 and GGPPS4 are localized in the endoplasmic reticulum and the remaining isozymes, namely GGPPS2 and GGPPS6-11, in the plastids. The differential expression patterns of GGPPS paralogs were elucidated by a complete approach including Real-Time PCR, GGPPS promoter-gus and microarray data analysis. GGPPS1, GGPPS2 and GGPPS11 were the only ubiquitously expressed paralogs, the latter being the most expressed in most tissues at most developmental stages (Coman, 2010). To determine whether some of the isozymes were connected to downstream pathways, ggpps mutants were analyzed at both phenotypic and metabolic levels. The development of ggpps1 and ggpps11 was dramatically affected, while the remaining mutants did not exhibit any particular phenotype. The establishment of ggpps1 knockout seedling was allowed only by the sucrose initially added to the growth medium. ggpps11 knockout mutant was embryo lethal and the knockdown mutant was delayed in growth, had pale green color and was sterile. The following metabolic analysis of the ggpps mutants by LC-MS emphasized the central role of GGPPS11 in the synthesis of chlorophylls, carotenoids and phylloquinones. Résumé Les plantes ont élaboré d ingénieux moyens de communication avec leur environnement. L évolution a sélectionné les outils les plus imaginatifs et fascinants pour interagir avec le monde alentour et cette créativité est mise en valeur par leur diversité. Le mouvement étant par définition proscrit, la biosynthèse chimique est devenue un investissement clé du métabolisme végétal. Les composés de faible poids moléculaire connus sous le nom de métabolites secondaires, parmi lesquels les isoprénoides, ou terpénoides, sont les plus abondants, sont impliqués dans des procédés variés. D importantes fonctions physiologiques et du développement reposent sur les isoprénoides. Plusieurs hormones prédominantes, y compris les acides gibbérelliques et abscissique, les cytokinines, les brassinostéroides et les strigolactones, sont des isoprénoides. La photosynthèse dépend de composés qui collectent la lumière comme les chlorophylles et les 10

caroténoïdes, alors que les quinones sont d importants transporteurs d électrons des chaînes respiratoires et photosynthétiques. Les stress induits par les espèces réactives d oxygène (ROS) sont pris en charge efficacement par des antioxydants parmi lesquels peuvent être cités les tocophérols. Des attracteurs de pollinisateurs et des répulsifs contre les herbivores sont également émis par les plantes sous forme de monoterpènes, de sesquiterpènes et de diterpènes. Plusieurs isoprénoides sont largement commercialisés comme colorants, médicaments, arômes, parfums (Chappell, 2002). La compréhension de la biosynthèse des isoprénoides et de son intégration dans le réseau métabolique global est donc d un intérêt de premier ordre. GGPP (géranylgéranyl diphosphate) est un intermédiaire clé des voies de biosynthèse des isoprénoides puisque beaucoup de classes différentes de métabolites en sont dérivées. Dans le génome de la plante modèle Arabidopsis thaliana, les GGPP synthases sont putativement encodées par douze gènes (Lange and Ghassemian, 2003). Le but de ce projet était de déterminer pourquoi autant de gènes avaient été retenus dans le génome d Arabidopsis et si certains d entre eux avaient acquis une quelconque spécificité au niveau de leur fonction, de leur localisation sub-cellulaire, de leur motif d expression, ou s ils étaient connectés à certaines des voies métaboliques en aval qui utilisent GGPP comme précurseur. Ce travail est la première étude complète et compréhensive de la famille des GGPPS chez Arabidopsis. Diana Coman, qui a partagé ce projet vaste, a montré que GGPPS5 (At3g14510) encodait une protéine non-fonctionnelle en raison d un frameshift dans sa séquence nucléotidique (Coman, 2010). Il a été montré qu un autre enzyme, (GGPPS12 ; At4g38640) n était pas fonctionnel, alors que dix autres protéines, GGPPS1-4 et GGPPS6-11, pouvaient produire du GGPP in vivo, comme l a montré la complémentation génétique chez E. coli du cluster synthétisant des caroténoïdes. La localisation sub-cellulaire des dix GGPPS fonctionnelles fut examinée par l analyse de plantes exprimant des constructions GGPPS- GFP. Ceci démontra que les GGPPSs d Arabidopsis sont localisées dans trois compartements distincts. GGPPS1 est localisée dans les mitochondries, GGPPS3 et GGPPS4 sont localisées dans le réticulum endoplasmique et les enzymes restantes sont localisées dans les chloroplastes. Les différents motifs d expression des GGPPS paralogues furent élucidés par une approche complète incluant des analyses de PCR en temps réel, de fusions de promoteurs de GGPPS avec GUS et de données de microarrays. GGPPS1, GGPPS2 et GGPPS11 étaient les seuls paralogues exprimés ubiquitairement, GGPPS11 étant le plus 11

exprimé dans la plupart des tissus dans la plupart des étapes du développement (Coman, 2010). Pour déterminer si certains de ces isozymes étaient connectés aux voies métaboliques en aval, les mutants ggpps furent analysés aux niveaux des phénotypes et du métabolisme. Le développement de ggpps1 et ggpps11 était atteint dramatiquement, alors que les mutants restants ne présentaient pas de phénotype particulier. L établissement de la plantule knockout ggpps1 n était permis que par l ajout de sucrose au milieu de croissance. Le mutant knockout ggpps11 était létal pour l embryon tandis que le mutant knockdown était retardé dans sa croissance, avait une couleur verte pâle et était stérile. L analyse métabolique par LC-MS des mutants ggpps qui suivit mit en valeur le rôle central de GGPPS11 dans la synthèse des chlorophylles, des caroténoïdes et des phylloquinones. 12