Defining molecular components of symbiotic phosphate uptake in rice

Phosphate (Pi) acquisition of crops via arbuscular mycorrhizal (AM) symbiosis acquires increasing importance due to the limited rock Pi reserves and the demand for environmentally sustainable agriculture. However, the symbiotic Pi uptake machinery has not been characterized in any monocotyledonous plant species. Among these, rice is the primary staple food for more than half of the human population and thus central for future food security. However, the relevance of the AM symbiosis for rice Pi nutrition is presently unclear. Here, we show that 70% of the overall Pi acquired by rice is delivered via the symbiotic route. To better understand this pathway we combined genetic, molecular and physiological approaches to determine the specific functions of the two rice Pi transporters, PT11 and PT13, which are expressed only during AM symbiosis. The PT11 lineage of proteins is present in mono- and dicotyledons whereas PT13, while found across the Poaceae, is absent from dicotyledons. Surprisingly, mutations in either PT11 or PT13 affected fungal colonization and arbuscule formation demonstrating that both genes are essential for AM symbiosis between rice and Glomus intra.rad.ices. Importantly, for symbiotic Pi uptake, only PT11 is necessary and sufficient. We found that mycorrhizal rice, remarkably, received almost all Pi via the symbiotic route. Such dominating mycorrhizal Pi uptake was found in plants grown under controlled conditions as well as in field soils, suggesting that the AM symbiosis is relevant for the Pi nutrition of field grown rice. Development of smaller arbuscules in PT11 mutants suggested that symbiotic Pi signaling is required for fungal nourishment by the plant. However, co-culture of mutant with wild type nurse plants did not restore normal arbuscule size in mutant roots, indicating that other factors than malnutrition accounted for the altered arbuscule phenotype. Surprisingly, the loss of PT13 did not affect symbiotic Pi uptake although it impacted arbuscule morphology, suggesting that PT13 is involved in signaling during arbuscule development. However, induction of PT13 was not only monitored in arbusculated cells but also in inner cortex cells of non-inoculated roots of plants grown under high Pi fertilization conditions. According to preliminary observations, PT13 localized at the tonoplast in arbusculated and non-arbusculated cells, suggesting that it might be involved in transporting Pi into the vacuole, possibly for maintaining cellular Pi homeostasis. The further investigation showed that fungal colonization level was significantly affected in the crown roots of two ptlS mutant alleles, but not in large lateral roots, implying the possible role of PT13 for maintaining Pi homeostasis in the crown roots. - L'acquisition de phosphate (Pi) par les plantes cultivées s'effectue grâce à une symbiose mycorhizienne arbasculaire (AM). L'étude de cette symbiose devient fondamentale puisque d'une part, les réserves en phosphate minéral sont limitées, et, d'autre part, la demande pour une agriculture écologiquement soutenable se renforce. La machinerie d'absorption symbiotique du phosphate n'est cependant pas encore élucidée chez les plantes monocotylédones. Parmi celles-ci, le riz occupe une place primordiale. Aliment de base pour plus de la moitié de la population mondiale, il revêt de ce fait une dimension essentielle en termes de sécurité alimentaire. Pourtant, l'importance de la symbiose AM chez le riz dans le processus d'acquisition du phosphate n'est, encore de nos jours, que peu comprise. Dans cette étude, nous montrons que 70% du phosphate acquis par le riz est mis à disposition de la plante grâce à la symbiose AM. Afin de mieux comprendre ce mécanisme, nous avons employé des approches physiologiques et génétiques nous permettant de déterminer les fonctions spécifiques de deux transporteurs de Pi, PT11 et PT13, présents chez le riz et exprimés uniquement durant la symbiose AM. La famille de gènes à laquelle appartient PT11 est présente chez les monocotylédones ainsi que chez les dicotylédones tandis que PT13, bien que retrouvé au sein des Poaceae, est absent chez les dicotylédones. Etonnamment, des versions mutées de PT11 ou de PT13 affectent la colonisation par le champignon endo-mycorhizien ainsi que la formation d'arbuscules, démontrant l'importance de ces deux gènes dans la symbiose AM entre le riz et Glomus intraradices. Il est à noter que seul PT11 se révèle nécessaire et suffisant pour l'apport de Pi grâce à la symbiose. Nous avons observé que la presque totalité du phosphate dont dispose le riz lors d'une symbiose AM provient du champignon. De telles proportions ont été observées tant chez des plantes cultivées en conditions contrôlées que chez des plantes cultivées dans les champs. Cela suggère l'importance de la symbiose AM dans le processus d'acquisition du Pi chez le riz cultivé à l'extérieur. Le développement d'arbuscules plus petits chez le mutant PT11 tend à montrer qu'une voie signalétique impliquant le Pi symbiotique est nécessaire pour l'entretien du champignon par la plante. Toutefois, une co-culture du mutant avec des plantes sauvages ne permet pas de restaurer des arbuscules de taille normale dans les racines du mutant. Ce résultat indique le rôle de facteurs autres que la malnutrition aboutissant à la formation d'arbuscules altérés. Si la perte de PT13 n'affecte pas l'acquisition de phosphate symbiotique, la morphologie de l'arbuscule est, quant à elle, modifiée. Ceci suggère un rôle de PT13 durant le développement de l'arbuscule. Or, l'induction de PT13 est non seulement détectée dans des cellules contenant des arbuscules mais également dans des cellules du cortex, ceci chez des plantes cultivées sans champignon mais dans des conditions de fortes concentrations en engrais phosphaté. En accord avec des observations précédentes, PT13 est localisé au niveau du tonoplaste des cellules contenant ou non des arbuscules. Ceci suggère que PT13 pourrait être impliqué dans le transport du Pi vers la vacuole, éventuellement pour maintenir une certaine homéostasie du phosphate. Dans cette étude, nous démontrons également que le niveau de colonisation par le champignon est affecté de manière significative dans les racines principales des deux allèles du mutants ptl3, mais pas dans les grosses racines latérales. Cela impliquerait un rôle possible de PT13 dans le maintien de l'homéostasie du phosphate dans les racines principales. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC Le phosphate (Pi), l'un des éléments minéraux essentiel au développement des plantes, se trouve généralement en faible quantité dans le sol, limitant ainsi la croissance des plantes. Le rendement de la production agricole dépend dès lors de l'addition d'engrais contenant du phosphate inorganique (Pi), obtenu à partir de ressources minières riches en phosphate. Or, ces ressources devraient être épuisées d'ici la fin du siècle. Les racines des plantes possèdent des transporteurs de phosphate efficaces leur permettant d'acquérir rapidement le Pi présent dans le sol. Comme le Pi s'avère immobile dans le sol, l'absorption rapide par les racines crée des zones pauvres en Pi autour des systèmes racinaires. Pour surmonter cet obstacle, les plantes ont développé une symbiose avec des champignons endomycorhiziens, la symbiose mycorhizienne arbusculaire (AM). Cette association leur donne accès à d'autres ressources en phosphate puisque le mycélium de ces champignons se développe sur une surface 100 fois supérieure à celle des racines. Cela augmente considérablement la surface de nutrition, dépassant ainsi la zone appauvrie en Pi. Le phosphate, transporté grâce au champignon jusqu'à l'intérieur des racines, est fourni à la plante par le biais de structures établies à l'intérieur des cellules végétales, appelées arbuscules. De leur côté, les plantes possèdent des transporteurs spécifiques afin de recevoir le Pi fourni par les champignons. A l'heure actuelle, la machinerie nécessaire à cette absorption a été uniquement décrite chez des plantes dicotylédones. Or, comprendre l'apport de phosphate par les champignons mycorhiziens s'avère particulièrement pertinent dans le cas des espèces monocotylédones cultivées telles que les céréales. Ces dernières constituent en effet la majeure partie de l'alimentation humaine. Parmi les céréales, le riz demeure l'aliment de base de la population mondiale, d'où son importance en terme de sécurité alimentaire. Durant mon travail de thèse, j'ai identifié et caractérisé le transporteur du riz impliqué dans l'apport de phosphate par ce type de symbiose AM. J'ai également démontré que le riz, lorsqu'il vit en symbiose, bénéficie de la presque totalité du Pi transporté par le champignon. Environ 40% de la production globale de riz est cultivée dans des conditions permettant la symbiose avec des mycorhizes arbusculaires. Les variétés de riz adaptées à ces conditions aérobiques deviennent des alternatives favorables aux cultivars actuels nécessitant une forte irrigation. Elles se révèlent en effet plus tolérantes aux pénuries d'eau et permettent l'utilisation de pratiques agricoles moins intensives. Les données présentées dans cette étude enrichissent nos connaissances concernant l'absorption du phosphate chez le riz grâce à la symbiose AM. Ces connaissances peuvent s'avérer décisives pour le développement de cultivars du riz plus adaptés à une agriculture écologiquement soutenable.

Coordination between zinc and phosphate homeostasis involves the transcription factor PHR1, the phosphate exporter PHO1, and its homologue PHO1;H3 in Arabidopsis.

Interactions between zinc (Zn) and phosphate (Pi) nutrition in plants have long been recognized, but little information is available on their molecular bases and biological significance. This work aimed at examining the effects of Zn deficiency on Pi accumulation in Arabidopsis thaliana and uncovering genes involved in the Zn-Pi synergy. Wild-type plants as well as mutants affected in Pi signalling and transport genes, namely the transcription factor PHR1, the E2-conjugase PHO2, and the Pi exporter PHO1, were examined. Zn deficiency caused an increase in shoot Pi content in the wild type as well as in the pho2 mutant, but not in the phr1 or pho1 mutants. This indicated that PHR1 and PHO1 participate in the coregulation of Zn and Pi homeostasis. Zn deprivation had a very limited effect on transcript levels of Pi-starvation-responsive genes such as AT4, IPS1, and microRNA399, or on of members of the high-affinity Pi transporter family PHT1. Interestingly, one of the PHO1 homologues, PHO1;H3, was upregulated in response to Zn deficiency. The expression pattern of PHO1 and PHO1;H3 were similar, both being expressed in cells of the root vascular cylinder and both localized to the Golgi when expressed transiently in tobacco cells. When grown in Zn-free medium, pho1;h3 mutant plants displayed higher Pi contents in the shoots than wild-type plants. This was, however, not observed in a pho1 pho1;h3 double mutant, suggesting that PHO1;H3 restricts root-to-shoot Pi transfer requiring PHO1 function for Pi homeostasis in response to Zn deficiency.

Adsorption of glyphosate in chilean soils and its relationship with unoccupied phosphate binding sites

The objective of this work was to investigate glyphosate adsorption by soils and its relationship with unoccupied binding sites for phosphate adsorption. Soil samples of three Chilean soils series - Valdivia (Andisol), Clarillo (Inceptisol) and Chicureo (Vertisol) - were incubated with different herbicide concentrations. Glyphosate remaining in solution was determined by adjusting a HPLC method with a UV detector. Experimental maximum adsorption capacity were 15,000, 14,300 and 4,700 mg g¹ for Valdivia, Clarillo, and Chicureo soils, respectively. Linear, Freundlich, and Langmuir models were used to describe glyphosate adsorption. Isotherms describing glyphosate adsorption differed among soils. Maximum adjusted adsorption capacity with the Langmuir model was 231,884, 17,874 and 5,670 mg g-1 for Valdivia, Clarillo, and Chicureo soils, respectively. Glyphosate adsorption on the Valdivia soil showed a linear behavior at the range of concentrations used and none of the adjusted models became asymptotic. The high glyphosate adsorption capacity of the Valdivia soil was probably a result of its high exchangeable Al, extractable Fe, and alophan and imogolite clay type. Adsorption was very much related to phosphate dynamics in the Valdivia soil, which showed the larger unoccupied phosphate binding sites. However relationship between unoccupied phosphate binding sites and glyphosate adsorption in the other two soils (Clarillo and Chicureo) was not clear.

Phosphorus analysis in soil under herbaceous perennial leguminous cover by nuclear magnetic spectroscopy

The availability and the reserves of organic phosphorus are controlled by its mineralization rate and are also influenced by changes in soil management. The objective of this study was to evaluate the influence of soil covering with different leguminous plant on soil organic P by 31P-NMR spectroscopy. Alkaline soil extracts were obtained from two depths (0-5 and 5-10 cm) of an Ultisol cultivated with herbaceous perennial leguminous plants (Arachis pintoi, Pueraria phaseoloides, Macroptilium atropurpureum). In an adjacent area, samples of the same soil cover with a secondary tropical forest and grass (Panicum maximum) were also collected. The leguminous management was divided into with removal and without removal of shoot parts after cut on soil surface. Phosphate monoesters are the dominant P species in all soil samples and P diesters accumulated on the superficial layer of secondary forest soil. The P amount of this fraction is higher for the legume covered soil when compared with the grass covered soil. The permanence of leguminous plants on the topsoil after the cut promoted an increase in P diester/P monoester ratios. These findings can be accounted for an enhancement of P availability to plants in soils cultivated with leguminous plants.

Pathogenic role of basic calcium phosphate crystals in destructive arthropathies.

BACKGROUND: basic calcium phosphate (BCP) crystals are commonly found in osteoarthritis (OA) and are associated with cartilage destruction. BCP crystals induce in vitro catabolic responses with the production of metalloproteases and inflammatory cytokines such as interleukin-1 (IL-1). In vivo, IL-1 production induced by BCP crystals is both dependant and independent of NLRP3 inflammasome. We aimed to clarify 1/ the role of BCP crystals in cartilage destruction and 2/ the role of IL-1 and NLRP3 inflammasome in cartilage degradation related to BCP crystals. METHODOLOGY PRINCIPAL FINDINGS: synovial membranes isolated from OA knees were analysed by alizarin Red and FTIR. Pyrogen free BCP crystals were injected into right knees of WT, NLRP3 -/-, ASC -/-, IL-1α -/- and IL-1β-/- mice and PBS was injected into left knees. To assess the role of IL-1, WT mice were treated by intra-peritoneal injections of anakinra, the IL-1Ra recombinant protein, or PBS. Articular destruction was studied at d4, d17 and d30 assessing synovial inflammation, proteoglycan loss and chondrocyte apoptosis. BCP crystals were frequently found in OA synovial membranes including low grade OA. BCP crystals injected into murine knee joints provoked synovial inflammation characterized by synovial macrophage infiltration that persisted at day 30, cartilage degradation as evidenced by loss of proteoglycan staining by Safranin-O and concomitant expression of VDIPEN epitopes, and increased chondrocyte apoptosis. BCP crystal-induced synovitis was totally independent of IL-1α and IL-1β signalling and no alterations of inflammation were observed in mice deficient for components of the NLRP3-inflammasome, IL-1α or IL-1β. Similarly, treatment with anakinra did not prevent BCP crystal effects. In vitro, BCP crystals elicited enhanced transcription of matrix degrading and pro-inflammatory genes in macrophages. CONCLUSIONS SIGNIFICANCE: intra-articular BCP crystals can elicit synovial inflammation and cartilage degradation suggesting that BCP crystals have a direct pathogenic role in OA. The effects are independent of IL-1 and NLRP3 inflammasome.

Basic calcium phosphate crystals induce IL-1B secretion in vitro through activation of the Nalp3 inflammasome

Objectives: We tested the effects of the three forms of basic calcium phosphate (BCP) crystals (octacalcium phosphate (OCP), carbonate-substituted apatite (CA) and hydroxyapatite (HA)) on monocytes and macrophages on IL-1β secretion. The requirement for the NALP3 inflammasome and TLR2 and TLR4 receptors in this acute response was analyzed.

Phosphate solubilization and synergism between P-solubilizing and arbuscular mycorrhizal fungi

The objective of this work was to evaluate the ability of several P-solubilizing fungi to solubilize aluminum phosphate and Araxá apatite as well as the synergism between the P-solubilizing fungus, PSF 7, and arbuscular mycorrhizal fungi to promote clover growth amended with aluminum phosphate. Two experiments were carried out, the first under laboratory conditions and the second in a controlled environmental chamber. In the first experiment, PSF 7, PSF 9, PSF 21 and PSF 22 isolates plus control were incubated in liquid medium at 28ºC for eight days. On the 2nd, 4th and 8th day of incubation, pH and soluble P were determined. In the second experiment, clover was sowed in plastic pots containing 300 g of sterilized substrate amended with aluminum phosphate, 3 g L-1, in presence and absence of PSF 7 isolate and arbuscular mycorrhizal fungi. A completely randomized design, in factorial outline 2x2 (presence and absence of PSF 7 and arbuscular mycorrhizal fungi) and five replicates were used. In the first experiment, higher P content was detected in the medium containing aluminum phosphate. PSF 7 is the best fungi isolate which increases aluminum solubilization with major tolerance to Al3+. Clover growth was stimulated by presence of PSF 7 and arbuscular mycorrhizal fungi. There is synergism between microorganisms utilized to improve plant nutrition.

Functional expression of PHO1 to the Golgi and trans-Golgi network and its role in export of inorganic phosphate.

Arabidopsis thaliana PHO1 is primarily expressed in the root vascular cylinder and is involved in the transfer of inorganic phosphate (Pi) from roots to shoots. To analyze the role of PHO1 in transport of Pi, we have generated transgenic plants expressing PHO1 in ectopic A. thaliana tissues using an estradiol-inducible promoter. Leaves treated with estradiol showed strong PHO1 expression, leading to detectable accumulation of PHO1 protein. Estradiol-mediated induction of PHO1 in leaves from soil-grown plants, in leaves and roots of plants grown in liquid culture, or in leaf mesophyll protoplasts, was all accompanied by the specific release of Pi to the extracellular medium as early as 2-3 h after addition of estradiol. Net Pi export triggered by PHO1 induction was enhanced by high extracellular Pi and weakly inhibited by the proton-ionophore carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone. Expression of a PHO1-GFP construct complementing the pho1 mutant revealed GFP expression in punctate structures in the pericycle cells but no fluorescence at the plasma membrane. When expressed in onion epidermal cells or in tobacco mesophyll cells, PHO1-GFP was associated with similar punctate structures that co-localized with the Golgi/trans-Golgi network and uncharacterized vesicles. However, PHO1-GFP could be partially relocated to the plasma membrane in leaves infiltrated with a high-phosphate solution. Together, these results show that PHO1 can trigger Pi export in ectopic plant cells, strongly indicating that PHO1 is itself a Pi exporter. Interestingly, PHO1-mediated Pi export was associated with its localization to the Golgi and trans-Golgi networks, revealing a role for these organelles in Pi transport.

Nutrient and light availability to white spruce seedlings in partial and clearcut harvested aspen stands

Abstract

Characterization of polyphosphate synthesis by isolated yeast vacuoles

Polyphosphate (iPOP) is a linear polymer of orthophosphate units linked together by high energy phosphoanhydride bonds. It is found in all organisms, localized in organelles called acidocalcisomes and ranges from a few to few hundred monomers in length. iPOP has been found to play a vast array of roles in all organisms, including phosphate and energy metabolism, regulation of enzymes, virulence, pathogenicity, bone remodelling and blood clotting, among many others. Recently it was found that iPOP levels were increased in myeloma cells. The growing interest in iPOP in human cell lines makes it an interesting molecule to study. However, not much is known about its metabolism in eukaryotes. Acidocalcisomes are electron dense, acidic organelles that belong to the group of Lysosome Related Organelles (LROs). The conservation of acidocalcisomes among all kingdoms of life is suggestive of their important roles for the organisms. However, they are difficult to analyse because of limited biochemical tools for investigation. Yeast vacuoles present remarkable similarities to acidocalcisomes in terms of their physiological and structural features, including synthesis and storage of iPOP, which make them an ideal candidate to study biological processes which are shared between vacuoles and acidocalcisomes. The availability of tools for genetic manipulation and isolation of vacuoles makes yeast a candidate of choice for the characterization of iPOP synthesis in eukaryotes. Our group has identified the Vacuolar Transporter Chaperone (VTC) complex as iPOP polymerase and identified the catalytic subunit (Vtc4). The goal of my study was to characterize the process of iPOP synthesis by isolated vacuoles and to reconstitute iPOP synthesis in liposomes. The first step was to develop a method for monitoring iPOP by isolated vacuoles over time and comparing it with previously known methods. Next, a detailed characterization was performed to determine the modulators of the process, both for intact as well as solubilized vacuoles. Finally, attempts were made to purify the VTC complex and reconstitute it in liposomes. A parallel line of study was the translocation and storage of synthesized iPOP in the lumen of the vacuoles. As a result of this study, it is possible to determine distinct pools of iPOP- inside and outside the vacuolar lumen. Additionally, I establish that the vacuolar lysate withstands harsh steps during reconstitution on liposomes and retains iPOP synthesizing activity. The next steps will be purification of the intact VTC complex and its structure determination by cryo-electron microscopy. - Les organismes vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules responsables des processus biologiques élémentaires tels que la digestion, la respiration, la synthèse et la reproduction. Leur environnement interne est en équilibre et ils réalisent un très grand nombre de réactions chimiques et biochimiques pour maintenir cet équilibre. A différents compartiments cellulaires, ou organelles, sont attribuées des tâches spécifiques pour maintenir les cellules en vie. L'étude de ces fonctions permet une meilleure compréhension de la vie et des organismes vivants. De nombreux processus sont bien connus et caractérisés mais d'autres nécessitent encore des investigations détaillées. L'un de ces processus est le métabolisme des polyphosphates. Ces molécules sont des polymères linéaires de phosphate inorganique dont la taille peut varier de quelques dizaines à quelques centaines d'unités élémentaires. Ils sont présents dans tous les organismes, des bactéries à l'homme. Ils sont localisés principalement dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes, des organelles acides observés en microscopie électronique comme des structures denses aux électrons. Les polyphosphates jouent un rôle important dans le stockage et le métabolisme de l'énergie, la réponse au stress, la virulence, la pathogénicité et la résistance aux drogues. Chez l'homme, ils sont impliqués dans la coagulation du sang et le remodelage osseux. De nouvelles fonctions biologiques des polyphosphates sont encore découvertes, ce qui accroît l'intérêt des chercheurs pour ces molécules. Bien que des progrès considérables ont été réalisés afin de comprendre la fonction des polyphosphates chez les bactéries, ce qui concerne la synthèse, le stockage et la dégradation des polyphosphates chez les eucaryotes est mal connu. Les vacuoles de la levure Saccharomyces cerevisiae sont similaires aux acidocalcisomes des organismes supérieurs en termes de structure et de fonction. Les acidocalcisomes sont difficiles à étudier car il n'existe que peu d'outils génétiques et biochimiques qui permettent leur caractérisation. En revanche, les vacuoles peuvent être aisément isolées des cellules vivantes et manipulées génétiquement. Les vacuoles comme les acidocalcisomes synthétisent et stockent les polyphosphates. Ainsi, les découvertes faites grâce aux vacuoles de levures peuvent être extrapolées aux acidocalcisomes des organismes supérieurs. Le but de mon projet était de caractériser la synthèse des polyphosphates par des vacuoles isolées. Au cours de mon travail de thèse, j'ai mis au point une méthode de mesure de la synthèse des polyphosphates par des organelles purifés. Ensuite, j'ai identifié des composés qui modulent la réaction enzymatique lorsque celle-ci a lieu dans la vacuole ou après solubilisation de l'organelle. J'ai ainsi pu mettre en évidence deux groupes distincts de polyphosphates dans le système : ceux au-dehors de la vacuole et ceux en-dedans de l'organelle. Cette observation suggère donc très fortement que les vacuoles non seulement synthétisent les polyphosphates mais aussi transfère les molécules synthétisées de l'extérieur vers l'intérieur de l'organelle. Il est très vraisemblable que les vacuoles régulent le renouvellement des polyphosphates qu'elles conservent, en réponse à des signaux cellulaires. Des essais de purification de l'enzyme synthétisant les polyphosphates ainsi que sa reconstitution dans des liposomes ont également été entrepris. Ainsi, mon travail présente de nouveaux aspects de la synthèse des polyphosphates chez les eucaryotes et les résultats devraient encourager l'élucidation de mécanismes similaires chez les organismes supérieurs. - Les polyphosphates (iPOP) sont des polymères linéaires de phosphates inorganiques liés par des liaisons phosphoanhydres de haute énergie. Ces molécules sont présentes dans tous les organismes et localisées dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes. Elles varient en taille de quelques dizaines à quelques centaines d'unités phosphate. Des fonctions nombreuses et variées ont été attribuées aux iPOP dont un rôle dans les métabolismes de l'énergie et du phosphate, dans la régulation d'activités enzymatiques, la virulence, la pathogénicité, le remodelage osseux et la coagulation sanguine. Il a récemment été montré que les cellules de myélome contiennent une grande quantité de iPOP. Il y donc un intérêt croissant pour les iPOP dans les lignées cellulaires humaines. Cependant, très peu d'informations sur le métabolisme des iPOP chez les eucaryotes sont disponibles. Les acidocalcisomes sont des compartiments acides et denses aux électrons. Ils font partie du groupe des organelles similaires aux lysosomes (LROs pour Lysosome Related Organelles). Le fait que les acidocalcisomes soient conservés dans tous les règnes du vivant montrent l'importance de ces compartiments pour les organismes. Cependant, l'analyse de ces organelles est rendue difficile par l'existence d'un nombre limité d'outils biochimiques permettant leur caractérisation. Les vacuoles de levures possèdent des aspects structuraux et physiologiques très similaires à ceux des acidocalcisomes. Par exemple, ils synthétisent et gardent en réserve les iPOP. Ceci fait des vacuoles de levure un modèle idéal pour l'étude de processus biologiques conservés chez les vacuoles et les acidocalcisomes. De plus, la levure est un organisme de choix pour l'étude de la synthèse des iPOP compte-tenu de l'existence de nombreux outils génétiques et la possibilité d'isoler des vacuoles fonctionnelles. Notre groupe a identifié le complexe VTC (Vacuole transporter Chaperone) comme étant responsable de la synthèse des iPOP et la sous-unité Vtc4p comme celle possédant l'activité catalytique. L'objectif de cette étude était de caractériser le processus de synthèse des iPOP en utilisant des vacuoles isolées et de reconstituer la synthèse des iPOP dans des liposomes. La première étape a consisté en la mise au point d'un dosage permettant la mesure de la quantité de iPOP synthétisés par les organelles isolés en fonction du temps. Cette nouvelle méthode a été comparée aux méthodes décrites précédemment dans la littérature. Ensuite, la caractérisation détaillée du processus a permis d'identifier des composés modulateurs de la réaction à la fois pour des vacuoles intactes et des vacuoles solubilisées. Enfin, des essais de purification du complexe VTC et sa reconstitution dans des liposomes ont été entrepris. De façon parallèle, une étude sur la translocation et le stockage des iPOP dans le lumen des vacuoles a été menée. Il a ainsi été possible de mettre en évidence différents groupes de iPOP : les iPOP localisés à l'intérieur et ceux localisés à l'extérieur des vacuoles isolées. De plus, nous avons observé que le lysat vacuolaire n'est pas détérioré par les étapes de reconstitution dans les liposomes et conserve l'activité de synthèse des iPOP. Les prochaines étapes consisteront en la purification du complexe intact et de la détermination de sa structure par cryo-microscopie électronique.

Rhizosphere properties of rice genotypes as influenced by anoxia and availability of zinc and iron

The objective of this work was to study possible mechanisms involved in root-induced changes of rhizosphere physicochemical properties of rice genotypes, under anoxia and low supply of Zn and Fe. Two rice genotypes, including an upland and a lowland ones, were grown in hydroponic medium under adequate and low supply of Zn and Fe, with or without aeration. Anoxia increased shoot dry weight, root length and uptake of Zn and Fe in lowland Amol genotype, but reduced these parameters in upland Gasrol-Dashti genotype. The amount of oxygen released by roots was statistically higher in 'Amol'. The highest acidification potential of roots was observed in the lowland genotype under low supply of Zn, and in the upland genotype under Fe starvation. The highest oxalate (only organic acid detected) exudation from roots was observed in Zn and Fe deficient Gasrol-Dashti genotype. Zinc deficiency caused reduction of alcohol dehydrogenase and stimulation of lactate dehydrogenase activity, particularly in shoot. The ability to induce changes in the rhizosphere properties has a great contribution for the adaptation of both lowland and upland rice genotypes to specific soil conditions.

Low-P tolerance mechanisms and differential gene expression in contrasting wheat genotypes

The objectives of this study were to determine low-P tolerance mechanisms in contrasting wheat genotypes and to evaluate the association of these mechanisms to differential gene expression. Wheat seedlings of cultivars Toropi (tolerant to low-P availability) and Anahuac (sensitive) were evaluated. Seedlings were hydroponically grown in the absence or presence of P (1.0 mmol L-1) during three different time periods: 24, 120 and 240 hours. Free phosphate (Pi) and total P contents were measured in shoots and roots. The experiment's design was in randomized blocks with three replicates, each formed by ten plants. The relative expression of genes encoding the malate transporter TaALMT1 and the transcription factor PTF1 was evaluated. Phosphorus starvation beyond ten days increased the expression of TaALMT1 only in 'Toropi'. PTF1's expression was early induced in both genotypes under P starvation, but remained significant after ten days only in 'Toropi'. Shoot Pi concentration in 'Toropi' was independent from P availability; under starvation, 'Toropi' favored the maintenance of shoot Pi concentration. The low-P tolerance of Toropi cultivar at initial growth stages is mainly due to its ability to maintain constant the Pi shoot level.

Dissection of local and systemic transcriptional responses to phosphate starvation in Arabidopsis.

Phosphate is a crucial and often limiting nutrient for plant growth. To obtain inorganic phosphate (P(i) ), which is very insoluble, and is heterogeneously distributed in the soil, plants have evolved a complex network of morphological and biochemical processes. These processes are controlled by a regulatory system triggered by P(i) concentration, not only present in the medium (external P(i) ), but also inside plant cells (internal P(i) ). A 'split-root' assay was performed to mimic a heterogeneous environment, after which a transcriptomic analysis identified groups of genes either locally or systemically regulated by P(i) starvation at the transcriptional level. These groups revealed coordinated regulations for various functions associated with P(i) starvation (including P(i) uptake, P(i) recovery, lipid metabolism, and metal uptake), and distinct roles for members in gene families. Genetic tools and physiological analyses revealed that genes that are locally regulated appear to be modulated mostly by root development independently of the internal P(i) content. By contrast, internal P(i) was essential to promote the activation of systemic regulation. Reducing the flow of P(i) had no effect on the systemic response, suggesting that a secondary signal, independent of P(i) , could be involved in the response. Furthermore, our results display a direct role for the transcription factor PHR1, as genes systemically controlled by low P(i) have promoters enriched with P1BS motif (PHR1-binding sequences). These data detail various regulatory systems regarding P(i) starvation responses (systemic versus local, and internal versus external P(i) ), and provide tools to analyze and classify the effects of P(i) starvation on plant physiology.