Mécanismes de régulation réciproques entre signalisation brassinotéroides et microtubules // Mutual regulatory mechanisms of BR signaling and microtubules

La croissance cellulaire est l'un des déterminants essentiels des programmes de développement des plantes. Les signaux physiques et chimiques, y compris les phytohormones, sont impliqués dans ces processus par le biais de divers modules de signalisation cellulaire. Parmi eux, les brassinostéroïdes (BR), régulateurs essentiels de la croissance des plantes, ont fourni un excellent modèle pour comprendre les mécanismes moléculaires de la croissance des plantes. Des approches de génétique moléculaire ont révélé que BRI1 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1) sert de récepteur principal et déclenche des changements dynamiques de l'état cellulaire par des voies transcriptionnelles/non transcriptionnelles lors de la perception des BRs (Delesalle et al. 2024a). Notre équipe se concentre principalement sur la régulation post-traductionnelle de BRI1 dans des conditions normales ou de stress (Martins et al. 2015, Martins et al. 2017, Naranjo-Arcos et al. 2023, Saeed and Deligne et al. 2023). Récemment, nous avons identifié de nouveaux interacteurs de BRI1, à savoir les MBAPs (Microtubule-BRI1-associated proteins). Notamment, ces protéines se localisent sur les microtubules (MTs) et affectent l'organisation des MTs déclenchée par le BR, suggérant un nouveau lien moléculaire entre BRI1 et les MTs pour contrôler la croissance cellulaire (Delesalle et al. 2024b). Ce projet vise à clarifier les dialogues moléculaires entre la signalisation du BR et la régulation des MT qui soutiennent la croissance adéquate des cellules végétales.

Objectifs et méthodologie du projet : Dans ce projet, nous éluciderons comment les MBAPs médient les interactions mutuelles entre BRI1 et les microtubules.
Tout d'abord, le projet clarifiera la voie de signalisation de BRI1 vers les MTs via les MBAPs. Des résultats antérieurs ont montré que BRI1 phosphorylait MBAP1 in vitro, et que BRI1 interagissait avec les MBAPs (Delesalle et al. 2024b). Suite à ces résultats, le doctorant examinera la phosphorylation in vivo lors d'un traitement au BR en utilisant des lignées d'Arabidopsis MBAP1-HA et déterminera les sites de phosphorylation in vitro. En introduisant des variants phospho-mimiques ou phospho-insensibles dans les mutants mbap, nous examinerons l'importance de la phosphorylation de MBAP par BRI1.
Pour révéler la voie de signalisation détaillée entre BRI1 et les microtubules, nous explorerons les connexions avec d'autres composants de signalisation BR liés aux microtubules à l'aide d'essais hybrides levure-deux, de co-IP et de pull-down in vitro. Nos résultats préliminaires ont présenté que MBAP1 interagissait avec BIK1 (Delesalle non publié), un régulateur négatif de la signalisation BR, qui avait tendance à former un complexe avec BRI1 sur les MT (Bucherl et al. 2017). BIN2, un régulateur négatif bien caractérisé, est un autre candidat qui relie le signal puisque BIN2 se lie aux MTs in vitro (Liu et al. 2018), et une analyse protéomique récente a montré que MBAP1 était un interacteur de BIN2 (Kim et al. 2023). En parallèle, nous générons des lignées transgéniques d'Arabidopsis pour un criblage biochimique des interacteurs de MBAP1 afin de rechercher d'autres composants de signalisation par marquage proximal. Ces essais nous aideront à comprendre les branches négligées de la signalisation du BR.
De plus, nous découvrirons l'interconnexion entre BRI1 et les MTs à une résolution spatio-temporelle sans précédent. Ici, nous utiliserons la technique spt-PALM (Single-particle tracking photoactivated localization microscopy) (Bayle et al. 2021) pour suivre le nanodomaine de BRI1 chez les WT et les mutants mbap, ce qui nous permettra de révéler les fonctions des MBAPs et des MTs dans la régulation de BRI1. Comme l'imagerie bicolore sous spt-PALM est encore techniquement difficile, nous utilisons également l'analyse au microscope TIRF pour suivre les nanodomaines BRI1 avec les MTs.
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Cell growth is one of the critical determinants of plant developmental programs, such as plant architectures or body size. Years of research have demonstrated that physical and chemical cues, including phytohormones, are involved in such processes through diverse cell signaling modules. Among them, brassinosteroids (BRs), critical plant growth regulators, have provided an excellent model for understanding molecular mechanisms of plant growth. Molecular genetic approaches revealed that BRI1 (BRASSINOSTEROID INSENSITIVE 1) serves as a major receptor and triggers dynamic changes in cellular status via transcriptional/non-transcriptional manners upon perceiving BRs (Delesalle et al. 2024a). Our team mainly focuses on post-translational BRI1 regulation under normal or stress conditions (Martins et al. 2015, Martins et al. 2017, Naranjo-Arcos et al. 2023, Saeed and Deligne et al. 2023). Recently, we identified novel BRI1 interactors, namely MBAPs (Microtubule-BRI1-associated proteins). Notably, these proteins localize to microtubules (MTs) and affect BR-triggered MT organization, suggesting a new molecular link between BRI1 and MTs to control cell growth (Delesalle et al. 2024b). This project aims to clarify molecular dialogues between BR signaling and MT regulation that sustain proper plant cell growth.

Project goals and methodology: Several reports implied some links between MTs and BR signaling, but the detailed molecular mechanisms are still largely unknown. In this project, we will elucidate how MBAPs mediate mutual interactions of BRI1 and microtubules.
First, the project will clarify the signaling pathway from BRI1 to MTs via MBAPs. Previous results showed that BRI1 phosphorylated MBAP1 in vitro, and yeast-two-hybrid and co-IP demonstrated that BRI1 interacted with MBAPs (Delesalle et al. 2024b). Following these results, the PhD student will examine in vivo phosphorylation upon BR treatment using MBAP1-HA Arabidopsis lines and determine phosphorylation sites in vitro. By introducing phospho-mimic or phospho-insensitive variants into mbap mutants, we will examine the significance of MBAP phosphorylation by BRI1.
To reveal the detailed signaling pathway from BRI1 to microtubules, we will explore the connections to other microtubule-related BR signaling components using yeast-two hybrid, co-IP, and in vitro pull-down assays. Our preliminary results presented that MBAP1 interacted with BIK1 (Delesalle unpublished), a negative regulator of BR signaling, which tended to form a complex with BRI1 on MTs (Bucherl et al. 2017). BIN2, a well-characterized negative regulator, is another candidate that links the signal since BIN2 binds to MTs in vitro (Liu et al. 2018), and recent proteomic analysis showed MBAP1 was a BIN2 interactor (Kim et al. 2023). In parallel, we are generating Arabidopsis transgenic lines for a biochemical screen of MBAP1 interactors to search other signaling components by proximal labeling. These assays will help us understand overlooked branches of BR signaling.
Moreover, we will unravel the interconnection between BRI1 and MTs at unprecedented spatial-temporal resolution. Here, we will employ the spt-PALM (Single-particle tracking photoactivated localization microscopy) technique (Bayle et al. 2021) to chase BRI1 nanodomain in WT and mbap mutants, which will allow us to reveal the functions of MBAPs and MTs in BRI1 regulation. Since dual-color imaging under spt-PALM is still technically challenging, we also use TIRF microscope analysis for tracking BRI1 nanodomains together with MTs.
These biochemical and microscopic analyses are not interdependent, but the results from each axis will help each other to progress the whole project. The project outcomes will expand our understanding of the reciprocal dynamic regulation of subcellular structures and cell surface signaling modules.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://lrsv.cnrs.fr/plant-cell-signaling-and-ubiquitin/

Financement CSC - china scholarship council

Université de Toulouse

458 SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries

Nous recherchons un candidat titulaire d'un master 2 ou d'un diplôme équivalent, intéressé par l'étude des processus de signalisation cellulaire des plantes. Des compétences en microscopie, en biochimie des protéines ou en génétique moléculaire des plantes seront très appréciées, mais il n'est pas nécessaire d'avoir une expérience en sciences végétales au moment de commencer.
We are looking for a candidate with a Master 2 degree or equivalent who is interested in studying plant cell signaling processes. Skills in microscopes, protein biochemistry, or plant molecular genetics will be highly appreciated, but not necessarily to have experiences in plant science upon starting.