Influence of ambient temperature on brassinosteroid signaling : molecular mechanisms and impact on plant growth and development

La signalisation des brassinostéroïdes (BR) est importante pour presque tous les aspects du développement des plantes, comme en témoigne le phénotype extrêmement nain et stérile des mutants défectueux du récepteur des brassinostéroïdes BRASINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1). De plus, il est un régulateur clé de la réponse des plantes à l'augmentation de la température ambiante (thermomorphogenèse) dans les parties aériennes de la plante, associé à la signalisation auxine et au facteur de transcription PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4). Cependant, les rôles des mécanismes moléculaires de la thermomorphogenèse des racines restent insaisissables. Dans cette thèse, je décris en détail les mécanismes moléculaires conduisant à la thermomorphogenèse des racines des plantes exposées à une température ambiante élevée à la suite de la germination. Pour que les plantes allongent leur racine primaire à 26 ° C, par rapport à 21 ° C, elles régulent sélectivement la signalisation BR via la dégradation de BRI1 en fonction de la température. De manière surprenante, dans nos propres conditions, la signalisation auxine n’est pas nécessaire pour la thermomorphogenèse radiculaire, ce qui suggère une différence entre les réponses de thermomorphogenèse aérienne et racinaire. En utilisant une approche de mutagenèse dirigée, nous avons pu déterminer que la dégradation est déclenchée par une modification post-traductionnelle ciblant les lysines, probablement l’ubiquitination K63. Pour découvrir l’ubiquitine ligase E3 impliquée dans la dégradation de BRI1 induite par la température, nous avons effectué un criblage double hybride en levure en utilisant le domaine cytoplasmique de BRI1. Nous avons obtenu trois protéines candidates nommées DENSE AND ERECT PANICLE (DEP), qui se localisent de manière surprenante dans des microtubules corticaux (MTc) et sont apparues en même temps que la signalisation par le BR, suggérant un lien fonctionnel. L'interaction entre DEP1 et BRI1 a été confirmée par trois techniques différentes et, par conséquent, les mutants simples dep sont défectueux dans la perception de BR. D'un côté, ils sont hyposensibles à la réduction de la longueur de l'hypocotyle induite par le BR, mais de l'autre, ils sont hypersensibles au gravitropisme induit par le BR. Ces données suggèrent une interaction entre la signalisation par BR, la dynamique sous-cellulaire de BRI1 et les microtubules corticaux. Des recherches futures permettront de mieux comprendre l'importance biologique de l'interaction BRI1-MTc en général et de l'interaction BRI1-DEP1 en particulier.Brassinosteroid (BR) signaling is important for nearly all aspects of plant development, as attested by the extremely dwarf and sterile phenotype of mutants defective in the brassinosteroid receptor BRASINOSTEROID INSENSITIVE 1 (BRI1). In addition, it is a key regulator of plant responses to increase in ambient temperature (thermomorphogenesis) in the above-ground parts of the plant together with auxin signaling and the transcription factor PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4 (PIF4). However, the roles molecular mechanisms of root thermomorphogenesis remain elusive. In this thesis, I describe in great detail the molecular mechanisms leading to root thermomorphogenesis of plants exposed to elevated ambient temperature from germination. In order for plants to elongate their primary root at 26°C, compared to 21°C, they selectively downregulate BR signaling via the temperature-specific degradation of BRI1. Surprisingly, under our own conditions, auxin signaling is not required for root thermomorphogenesis, suggesting a difference between aerial and root thermomorphogenesis responses. Using a site-directed mutagenesis approach, we are able to pinpoint that the degradation is triggered by a post-translational modification targeting lysines, probably K63 ubiquitination. To find out the E3 ubiquitin ligase involved in the BRI1 temperature-induced degradation we carried out a yeast two hybrid screen using BRI1’s cytoplasmic domain. We obtained three candidate proteins named DENSE AND ERECT PANICLE (DEP) that surprisingly localize to cortical microtubules (cMTs) and arose at the same time as BR signaling, suggesting a functional link. The interaction between DEP1 and BRI1 was confirmed by three different techniques and, consequently dep single mutants are defective in BR percepton. On one hand, they are hyposensitive to the BR-induced reduction in hypocotyl length but on the other hand they are hypersensitive regarding BR-induced agravitropism. This data suggest an interplay between BR signaling, BRI1 subcellular dynamics and cortical microtubules. Future research will shed light on the biological significance of the BRI1-cMTs interaction in general and the BRI1-DEP1 interaction in particular