Chapitre IV : Identification d’un réseau de gènes impliqués
3.1 Les facteurs de transcription clefs de la réponse précoce à l’excès de fer
en place par les plantes pour maintenir l’homéostasie du fer lorsqu’il est en excès. Le but était d’identifier les réseaux de gènes impliqués dans cette réponse, notamment les facteurs de transcription majeurs. C’est dans ce contexte que nous avons réalisé une cinétique de réponses à un excès de fer, et analysé l’impact de celui-ci sur l’expression des gènes par une approche transcriptomique (puces à ADN couplées à la RT-PCR quantitative). L’étude d’une partie des données a permis d’identifier quatre facteurs de transcription qui pourraient agir de façon précoce dans la réponse à l’excès de fer (maximum d’expression 20 minutes après traitement ; Fig. 43). Il s’agit de WRKY33, WRKY40, ZAT10 et MYB51. Plusieurs études ont montré que
92 ces régulateurs de la transcription sont associés dans la réponse aux stress biotiques et abiotiques.
WRKY33 et WKY40 sont des facteurs de transcription de type WRKY possédant un
domaine de liaison à l’ADN à l'extrémité N-terminale et une structure en doigts de zinc à l'extrémité C-terminale (Rushton et al., 2010). Ces facteurs de transcription interagissent avec leurs cibles via des éléments cis-régulateurs appelés « W-box » (TGCAC/T). WRKY33 est impliqué dans la réponse à différents stress biotiques (bactéries et champignons pathogènes) et abiotique (stress salin). Il semble également être dépendant de la voie de signalisation de l’acide abscissique (ABA ; Jiang et Deyholos, 2009). Par ailleurs, l’expression de WRKY33 est induite par l’accumulation de ROS dans les tissus de la plante et fait intervenir ERF5 et ERF6 (ETHYLENE RESPONSE FACTOR 5 et 6 ; facteurs de transcription de type APETALA2 : AP2/ERF ; Pitzschke et al., 2009). Dans notre jeu de données, WRKY33 est fortement induit en réponse au traitement citrate de fer. On peut donc supposer que ce facteur de transcription serait induit par ERF5 et ERF6 lors de fortes concentrations en fer afin de permettre la détoxification de la cellule des ROS qui sont produits par l’excès de fer. WRKY40 joue un rôle dans la réponse aux stress abiotiques (stress salin et stress hydrique) notamment
via son implication dans la voie de signalisation ABA (inhibition de l’expression d’ABI4 et ABI5, ABA INSENSITIVE 4 et 5 ; Liu et al., 2012). L’ABA ainsi que l’acide jasmonique, les
cytokinines et les brassinostéroides sont des inhibiteurs de l’acquisition du fer induite lors de carence (Brumbarova et al., 2015). WRKY40 a été récemment décrit comme étant impliqué dans le contrôle de l’expression de gènes chloroplastiques codés par le génome nucléaire en réponse à un stress lumineux, générateur de stress oxydatif (Van Aken et al., 2013). De manière générale, WRKY40 agit comme un répresseur des réponses de la plante afin de lutter contre les stress. Les études citées ont montré que les variations d’accumulation des transcrits des gènes cibles de WRKY33 et WRKY40 étaient modifiées 60 à 120 minutes après le début du traitement, ce qui est en adéquation avec les pas de temps observés dans nos analyses. L’ensemble de ces données suggère donc que WRKY33 et WRKY40 pourraient être impliqués dans la réponse précoce à un excès de fer, probablement via une étape impliquant la génération de ROS.
ZAT10 et ZAT12 sont des facteurs de transcription à doigts de zinc de type C2H2 comportant un domaine de répression de la transcription de type EAR (ERF-ASSOCIATED AMPHIPHILIC REPRESSION). ZAT10 est impliqué dans la réponse des plantes au stress oxydatif provoqué par des stress abiotiques tels que la forte lumière (Mittler et al., 2006 ; Rizhsky et al., 2004). Ce facteur de transcription stimule l'expression de gènes impliqués dans
93 la détoxification des ROS et améliore la tolérance des plantes à la salinité, à la chaleur et au stress hydrique. L’activité de ZAT10 améliore la tolérance des plantes aux stress notamment en favorisant l'expression de gènes impliqués dans la détoxification des ROS (Mittler et al., 2006) tels que FSD1 (FE SUPEROXIDE DISMUTASE 1) et APX2 (ASCORBATE
PEROXIDASE 2). ZAT10 serait donc induit lors d’un excès de fer afin de permettre la
dégradation des ROS. ZAT12 est impliqué dans la réponse au stress oxydatif également. Il a été montré que l'expression d’APX1 est dépendante de ZAT12, et que ce dernier joue un rôle central dans la signalisation des ROS (Rizhsky et al., 2004). Plus récemment, ZAT12 a été identifié comme interagissant physiquement avec FIT (le facteur bHLH29 qui induit les mécanismes de prélèvement du fer) afin de mener à sa dégradation (Le et al., 2016). Dans nos conditions expérimentales, FIT n’est pas réprimé en réponse à l’excès de fer, ce qui valide le lien entre ces deux acteurs en réponse à un long stress (de l’ordre de plusieurs jours). Il a également été établi que la dégradation de ZAT12 était modulée par au moins 2 voies, l’une dépendante des ROS et l’autre de son domaine d’interaction avec FIT (EAR ; Brumbarova et
al., 2016). Ces données mettent en évidence la complexité et la dynamique de la perception
du statut en fer des plantes, avec la balance entre la production de ROS et les mécanismes de réponse à la carence en fer.
MYB51 quant à lui, est un facteur de transcription de type R2R3-MYB (caractérisé par
un domaine de liaison à l’ADN composé de deux répétitions MYB localisées dans la partie N-terminale), initialement identifié comme un régulateur positif de la biosynthèse des glucosinolates (Gigolashvili et al., 2007). Plus récemment, MYB51 a été décrit comme étant associé à la réponse au stress hydrique (Dubois et al., 2013). Il a aussi été montré que ce facteur de transcription était accumulé lors de stress oxydatif. Cependant, aucun lien direct entre MYB51 et les ROS n’a clairement été identifié.
L’ensemble de ces données suggère que la réponse précoce à l’excès de fer impliquant les facteurs de transcription identifiés, est une réponse associée à un signal ROS et au stress oxydatif engendré.