Recherche de la fonction des protéines BOLA d'Arabidopsis thaliana dans la croissance et l'adaptation envionnementale // Investigating the function of BOLA Proteins in Arabidopsis thaliana growth and environmental adaptation

Les centres Fe-S, formés d'atomes de fer (Fe) et de soufre (S), sont des cofacteurs protéiques essentiels impliqués dans des processus biologiques majeurs tels que le transfert d'électrons, les réactions redox et le repliement des protéines. Les protéines qui les nécessitent (protéines clientes) sont le plus souvent essentielles dans de nombreuses voies biologiques, elles-mêmes vitales le plus souvent. L'assemblage des centres Fe-S et leur distribution aux protéines clientes reposent sur trois machineries cellulaires spécifiques chez les eucaryotes : SUF (plastes), ISC (mitochondries) et CIA (cytoplasme). Si de nombreuses composantes de ces machineries sont bien caractérisées, les étapes tardives de trafic et d'incorporation des centres Fe-S au sein des protéines clientes restent peu comprises, en particulier chez les plantes.

Chez les végétaux, les centres Fe-S sont cruciaux, entre autres, pour la photosynthèse, le métabolisme de l'azote et du soufre, ou encore que la biosynthèse d'hormones, influençant la croissance et l'adaptation environnementale. Arabidopsis thaliana compte environ 200 protéines clientes à centres Fe-S, souvent essentielles mais sans similitude de séquence ou de fonction. Or seule une trentaine de protéines navettes de centres Fe-S a été identifiée, soulevant de nombreuses questions sur les mécanismes de reconnaissance protéique entre cliente et navette. Comprendre l'assemblage des centres Fe-S chez les plantes et identifier les facteurs des machineries d'assemblage est donc crucial, à la fois pour comprendre et améliorer la productivité agricole, mais également pour développer de nouvelles stratégies d'amélioration des plantes.

Le projet de thèse proposé se concentre sur les protéines BOLA d'Arabidopsis (BOLA1, BOLA2 et BOLA4), connues pour interagir avec des navettes Fe-S comme les glutaredoxines de type CGFS et les protéines NFU. Bien que leur rôle précis reste flou, nous avons montré que BOLA1 et BOLA4 (redondantes, plastidiales et mitochondriales) sont impliquées dans la répartition du fer et son homéostasie selon un mécanisme divergent de celui de BOLA de levure. Elles sont également impliquées dans la respiration mitochondriale, la régulation de l'auxine, et le dialogue plaste-noyau, ce dernier nécessitant une investigation plus poussée. BOLA2, l'isoforme nucléo-cytoplasmique de la famille, a fait l'objet d'une seule publication controversée, et reste sans fonction connue.

L'objectif de la thèse sera donc de contribuer à éclaircir les zones d'ombre sur les fonctions des protéines BOLA d'Arabidopsis thaliana, par la mise en place d'approches expérimentales utilisant une large gamme de méthodes telles que l'ingénierie génétique, les approches OMICS (protéomique, métabolomique, ionomique et transcriptomique), la bioinformatique, et la modélisation de complexes. En examinant le rôle fonctionnel des protéines BOLA chez cette plante modèle, ce projet vise à approfondir notre compréhension de l'assemblage des centres Fe-S et de son impact sur la biologie des plantes et à faciliter des découvertes aux implications larges et potentiellement importantes en agronomie.
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Fe-S clusters, composed of iron (Fe) and sulfur (S) atoms, are essential protein cofactors involved in major biological processes such as electron transfer, redox reactions, and protein folding. The proteins that require them (client proteins) are often crucial in numerous biological pathways, many of which are vital. The assembly of Fe-S clusters and their distribution to client proteins rely on three specific cellular machineries in eukaryotes: SUF (plastids), ISC (mitochondria), and CIA (cytoplasm). While many components of these machineries are well characterized, the late stages of Fe-S cluster trafficking and incorporation into client proteins remain poorly understood, particularly in plants.

In plants, Fe-S clusters are critical for processes such as photosynthesis, nitrogen and sulfur metabolism, and hormone biosynthesis, influencing growth and environmental adaptation. Arabidopsis thaliana has around 200 Fe-S cluster client proteins, which are often essential but do not share sequence or functional similarities. However, only about thirty Fe-S cluster shuttle proteins have been identified, raising many questions about the mechanisms of protein recognition between client and shuttle proteins. Understanding Fe-S cluster assembly in plants and identifying key factors within these machineries is therefore crucial, not only for improving agricultural productivity but also for developing new plant improvement strategies.

This PhD project focuses on Arabidopsis BOLA proteins (BOLA1, BOLA2, and BOLA4), which are known to interact with Fe-S shuttle proteins such as CGFS-type glutaredoxins and NFU proteins. Although their precise roles remain unclear, studies have shown that BOLA1 and BOLA4 (which are redundant and localized in plastids and mitochondria) are involved in iron partitioning and homeostasis through a mechanism different from yeast BOLA proteins. They also play roles in mitochondrial respiration, auxin regulation, and plastid-nucleus communication, the latter requiring further investigation. BOLA2, the nucleocytoplasmic isoform of this family, has only been the subject of a single, controversial publication and remains functionally uncharacterized.

The objective of this PhD project is to clarify the functional roles of Arabidopsis BOLA proteins by implementing experimental approaches using a wide range of methods, including genetic engineering, OMICS approaches (proteomics, metabolomics, ionomics, and transcriptomics), bioinformatics, and protein complex modeling. By examining the functional role of BOLA proteins in this model plant, this project aims to deepen our understanding of Fe-S cluster assembly and its impact on plant biology, potentially leading to significant discoveries with broad implications in agronomy.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www1.montpellier.inra.fr/wp-inra/bpmp/recherche/les-equipes/feros/

Concours GAIA

Université de Montpellier

584 GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau

L'étudiant(e) recherché(e) devra faire preuve d'une solide formation dans son cursus pré-thèse dans le domaine de la biologie intégrative des plantes. Des connaissances en nutrition végétale et un intérêt pour la biologie fonctionnelle et les interactions plante-environnement seront appréciés. Le (la) candidat(e) devra être familiarisé(e) avec les techniques de base de biologie moléculaire (extraction ADN/ARN, PCR, qPCR, RT-qPCR, clonage…), la génétique et la transgénèse végétale. Une expérience en biochimie des protéines, en protéomique et/ou interactomique ainsi qu'en imagerie (microscopie) seront très appréciées. L'équipe FeROS accueille régulièrement des étudiants étrangers et l'anglais scientifique est incontournable dans la recherche scientifique. L'étudiant(e) devra donc être capable de tenir une conversation simple en anglais et de pouvoir présenter des articles scientifiques devant l'équipe. Il/Elle devrait faire preuve de motivation, d'autonomie et de capacité d'intégration dans un groupe de recherche menant des études à long-terme. Les capacités organisationnelles et la rigueur dans les expérimentations seront particulièrement appréciées.
The candidate should have a strong pre-PhD background in the field of integrative plant biology. Knowledge of plant nutrition and an interest in functional biology and plant-environment interactions would be highly valued. The candidate should be familiar with fundamental molecular biology techniques (DNA/RNA extraction, PCR, qPCR, RT-qPCR, cloning…), as well as plant genetics and transgenesis. Experience in protein biochemistry, proteomics and/or interactomics, as well as imaging (microscopy), would be highly appreciated. The FeROS team regularly hosts international students, and scientific English is essential in research. Therefore, the candidate should be able to engage in basic conversations in English and present scientific articles to the team. Motivation, autonomy, and the ability to integrate into a research group conducting long-term studies are crucial. Strong organizational skills and rigor in experimental work will be particularly valued.