Feedback

Faculté des Sciences
Faculté des Sciences
MASTER THESIS
VIEW 44 | DOWNLOAD 2

Study of the effect of CATALASE 2 and its genetic interaction with TERMINAL FLOWER 1 on flowering in Arabidopsis thaliana

Download
Gaydardzhiev, Kiril ULiège
Promotor(s) : Périlleux, Claire ULiège ; Bouché, Frédéric ULiège
Date of defense : 4-Sep-2023 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/18614
Details
Title : Study of the effect of CATALASE 2 and its genetic interaction with TERMINAL FLOWER 1 on flowering in Arabidopsis thaliana
Translated title : [fr] Etude de l’effet de CATALASE 2 et de son interaction génétique avec TERMINAL FLOWER 1 sur la floraison chez Arabidopsis thaliana
Author : Gaydardzhiev, Kiril ULiège
Date of defense  : 4-Sep-2023
Advisor(s) : Périlleux, Claire ULiège
Bouché, Frédéric ULiège
Committee's member(s) : Hanikenne, Marc ULiège
Remacle, Claire ULiège
Fanara, Steven ULiège
Language : English
Number of pages : 42 paginées, 65 au total
Keywords : [en] Flowering
[en] Arabidopsis thaliana
[en] ROS
[en] TFL1
[en] CAT2
Discipline(s) : Life sciences > Phytobiology (plant sciences, forestry, mycology...)
Research unit : Laboratoire de Physiologie Végétale
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en biochimie et biologie moléculaire et cellulaire, à finalité approfondie
Faculty: Master thesis of the Faculté des Sciences

Abstract

[en] Floral transition is a key step in the life cycle of angiosperms that needs to be tightly regulated. Several environmental conditions control it, such as photoperiod and winter cold. When these conditions are favourable, they activate downstream genes such as FLOWERING LOCUS T (FT), regarded as “the florigen”, which encodes a mobile protein acting as a systemic signal to trigger the switch of the Shoot Apical Meristem (SAM) from vegetative into floral fate. Another gene called TERMINAL FLOWER 1 (TFL1), represses this transformation of the SAM to keep it in an indeterminate state. Interestingly, the FT and TFL1 proteins are very similar but have completely opposite effects.
Ongoing projects in the Laboratory of Plant Physiology in ULiège aim at understanding the antagonism between FT and TFL1 in the plant species Arabidopsis thaliana. Results obtained by co-purification (pull-down) experiments showed that the TFL1 protein interacts physically with CATALASE 2 (CAT2), a catalase that transforms H2O2 into H2O and O2. Moreover, recent studies showed that Reactive Oxygen Species (ROS), such as O2.- and H2O2, are involved in SAM functioning.
This Master’s thesis aimed at investigating the link between ROS and flowering by two different approaches. First, we studied the genetic interaction between TFL1 and CAT2 by comparing 35S:TFL1 and cat2;35S:TFL1 plants. Second, the ROS landscape of the SAM was modified by expressing different ROS metabolism enzymes with the same spatio-temporal pattern (and cis-regulatory sequences) than genes that are activated in the SAM at the time of floral transition.
The results showed that the cat2 mutation is able to suppress the 35S:TFL1 overexpression phenotype: the cat2;35S:TFL1 plants looked much like cat2 mutants, even at the vegetative state. In long days, the late flowering and abnormal inflorescence phenotypes of 35S:TFL1 plants were suppressed by the cat2 mutation since cat2;35S:TFL1 and cat2 plants flowered at the same time, only slightly later than WT, and formed normal inflorescences. By contrast, cat2;35S:TFL1 and cat2 plants flowered extremely late in short days, even later than 35S:TFL1 plants, indicating that they were strongly responsive to photoperiod. It was also observed that cat2 and cat2;35S:TFL1 plants had a longer juvenile phase, which could be correlated with a slower decrease of miR156 abundance compared to WT plants.
For the second objective, transgenic plants expressing the RESPIRATORY BURST OXIDASE HOMOLOG (RBOH) enzyme under the control of the promoter of different meristematic genes were created and several transformants were selected. Other transgenic T1 plants that expressed CAT2 under the promoter of TFL1 were also phenotyped.
Overall, this Master’s thesis enabled us to better understand the genetic interaction between CAT2 and TFL1 and to create transgenic plants with an altered ROS landscape in the SAM, which will be valuable tools for further experiments.

[fr] La transition florale est une étape clé du cycle de vie des angiospermes, qui doit être très bien
régulée pour ne s’enclencher qu’en conditions favorables. Différents facteurs environnementaux
à variation saisonnière, comme la photopériode ou le froid prolongé, participent à cette régulation.
Lorsque la photopériode est favorable (chez l’espèce étudiée Arabidopsis thaliana, il s’agit de
jours longs), elle active des gènes comme FLOWERING LOCUS T (FT), qui code pour une
protéine florigène mobile qui est synthétisée dans les feuilles, mais agit dans le méristème de
tige (SAM, shoot apical meristem) pour stimuler sa transformation en méristème floral. Par contre,
le gène TERMINAL FLOWER 1 (TFL1) réprime cette transformation et maintient le SAM dans un
état indifférencié. Les protéines codées par ces deux gènes sont très similaires au niveau de leur
structure et appartiennent à une même famille, alors qu’elles ont des effets antagonistes.
Des expériences antécédentes à ce mémoire ont montré que la protéine TFL1 interagit avec des
protéines peroxysomales dont une catalase, CAT2, qui transforme H2O2 en H2O et O2. De plus,
des études récentes ont montré que des espèces réactives de l’oxygène (Reactive Oxygen
Species, ROS), comme l’H2O2 ou l’O2
.-, ont un rôle dans l’homéostasie du SAM. Ainsi, ce mémoire
s’est intéressé au rôle de CAT2 et des ROS pendant la transition florale d’Arabidopsis thaliana.
Nous nous sommes intéressés à l’interaction génétique entre CAT2 et TFL1 en analysant l’effet
de la mutation cat2 sur le phénotype de plantes qui surexpriment TFL1 (35S:TFL1). Pour cela,
nous avons réalisé des phénotypages de plantes cat2;35S:TFL1 en jours longs et jours courts.
Nous avons observé que la mutation cat2 supprime le phénotype caractéristique d’une plante
35S:TFL1 en jours longs, ce qui confirme l’existence d’une interaction génétique entre CAT2 et
TFL1. Les plantes cat2;35S:TFL1 ont en effet le phénotype des simples mutants cat2 : elles sont
petites et ont des feuilles concaves, fleurissent avec un léger retard et ont des inflorescences
normales, alors que les plantes 35S:TFL1 fleurissent beaucoup plus tardivement et ont des
inflorescences portant de nombreux axes feuillus. Par contre en jours courts, les plantes cat2 et
cat2;35S:TFL1 fleurissent extrêmement tard (>150 jours après le semis). Nous avons analysé si
ce retard de floraison était corrélé à une prolongation de la phase juvénile, qui est en effet
légèrement plus longue (quelques plastochrones), mais ne peut expliquer le retard observé en
jours courts. Ces résultats suggèrent que la mutation cat2 impacte sévèrement les processus qui
mènent à la floraison de manière autonome avec le vieillissement des plantes, mais pas la
réponse à la photopériode.
Une seconde approche entamée pendant le mémoire a été de perturber la distribution des ROS
dans les SAM à la transition florale, en exprimant différentes enzymes du métabolisme des ROS
sous le contrôle de promoteurs de différents gènes du méristème. Nous avons procédé au
phénotypage de quelques individus T1 exprimant la construction pTFL1:CAT2, cultivés dans le
but de produire la génération T2. Nous avons également réalisé les constructions génétiques (par
« modular cloning ») et les transformations de plantes pour exprimer l’enzyme RESPIRATORY
BURST OXIDASE HOMOLOG (RBOH), qui catalyse la production d’O2
.- à partir de l’O2
apoplastique, sous le contrôle du promoteur de différents gènes méristématiques. Nous avons
obtenu des transformants utilisables pour la suite de ce travail.
En conclusion, ce mémoire a permis de valider l’interaction génétique entre CAT2 et TFL1 et de
construire des plantes transgéniques avec un paysage ROS altéré dans le SAM à la transition
florale, qui seront analysées dans la génération suivante.


File(s)

Document(s)

File
Access Mémoire_GAYDARDZHIEV_Kiril.pdf
Description: -
Size: 3.42 MB
Format: Adobe PDF

Author

  • Gaydardzhiev, Kiril ULiège Université de Liège > Master bioch. & biol. mol. & cel., à fin.

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Hanikenne, Marc ULiège Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Biologie végétale translationnelle
    ORBi View his publications on ORBi
  • Remacle, Claire ULiège Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génétique et physiologie des microalgues
    ORBi View his publications on ORBi
  • Fanara, Steven ULiège Université de Liège - ULiège > Département des sciences de la vie > Génomique fonctionnelle et imagerie moléculaire végétale
    ORBi View his publications on ORBi
  • Total number of views 44
  • Total number of downloads 2










All documents available on MatheO are protected by copyright and subject to the usual rules for fair use.
The University of Liège does not guarantee the scientific quality of these students' works or the accuracy of all the information they contain.