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The chloroplast-to-chromoplast transition in tomato fruit

Bian, Wanping (2012) The chloroplast-to-chromoplast transition in tomato fruit. (La transition chloroplaste-chromoplaste dans le fruit de tomate.)

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Abstract

L'un des phénomènes les plus importants survenus pendant la maturation du fruit de tomate est le changement de couleur du vert au rouge. Ce changement a lieu dans les plastes et correspond à la différenciation des plastes photosynthétiques, les chloroplastes, en plastes non-photosynthétiques qui accumulent des caroténoïdes, les chromoplastes. Dans cette thèse, nous présentons d'abord une introduction bibliographique sur le domaine de la transition chloroplaste-chromoplaste, en décrivant les modifications structurales et physiologiques qui se produisent pendant la transition. Puis, dans le premier chapitre, nous présentons des observations microscopiques de plastes isolés à trois stades de mûrissement, puis des enregistrements en temps réel de la fluorescence des pigments sur les tranches de fruits de tomate. Il a été possible de montrer que la transition chloroplaste-chromoplaste était synchrone pour tous les plastes d'une seule cellule et que tous les chromoplastes proviennent de chloroplastes préexistants. Dans le deuxième chapitre, une approche protéomique quantitative de la transition chloroplaste-chromoplaste est présentée, pour identifier les protéines différentiellement exprimées. Le traitement des données a identifié 1932 protéines parmi lesquelles 1529 ont été quantifiées par spectrométrie de masse. Les procédures de quantification ont ensuite été validées par WESTERN blot de certaines protéines. La chromoplastogénèse comprend les changements métaboliques suivants : diminution de l'abondance des protéines de réaction à la lumière et du métabolisme des glucide, et l'augmentation de la biosynthèse des terpénoïdes et des protéines de stress. Ces changements sont couplés à la rupture de la biogenèse des thylakoïdes, des photosystèmes et des composants de production d'énergie, et l'arrêt de la division des plastes. Dans le dernier chapitre nous avons utilisé la lincomycine, un inhibiteur spécifique de la traduction à l'intérieur des plastes, afin d'étudier les effets sur la maturation des fruits et sur l'expression de gènes nucléaires impliqués dans la maturation. Les résultats préliminaires indiquent que l'inhibition de la traduction des protéines dans les plastes affecte la maturation du fruit en réduisant l'accumulation de caroténoides. L'expression de plusieurs gènes nucléaires a été modifiée mais une relation claire avec le phénotype altéré de maturation n'a pas pu être établie. Au total, notre travail donne de nouveaux aperçus sur le processus de différenciation chromoplaste et fournit des données nouvelles ressources sur le protéome plaste. ABSTRACT : One of the most important phenomenons occurring during tomato fruit ripening is the color change from green to red. This change takes place in the plastids and corresponds to the differentiation of photosynthetic plastids, chloroplasts, into non photosynthetic plastids that accumulate carotenoids, chromoplasts. In this thesis we first present a bibliographic introduction reviewing the state of the art in the field of chloroplast to chromoplast transition and describing the structural and physiological changes occurring during the transition. Then, in the first chapter we present an in situ real-time recording of pigment fluorescence on live tomato fruit slices at three ripening stages. By viewing individual plastids it was possible to show that the chloroplast to chromoplast transition was synchronous for all plastids of a single cell and that all chromoplasts derived from pre-existing chloroplasts. In chapter two, a quantitative proteomic approach of the chloroplast-to-chromoplast transition is presented that identifies differentially expressed proteins. Stringent curation and processing of the data identified 1932 proteins among which 1529 were quantified by spectral counting. The quantification procedures have been subsequently validated by immune-blot evaluation of some proteins. Chromoplastogenesis appears to comprise major metabolic shifts (decrease in abundance of proteins of light reactions and carbohydrate metabolism and increase in terpenoid biosynthesis and stress-related protein) that are coupled to the disruption of the thylakoid and photosystems biogenesis machinery, elevated energy production components and loss of plastid division machinery. In the last chapter, we have used lincomycin, a specific inhibitor of protein translation within the plastids, in order to study the effects on fruit ripening and on the expression of some ripening-related nuclear genes. Preliminary results indicate that inhibiting protein translation in the plastids affects fruit ripening by reducing the accumulation of carotenoids. The expression of several nuclear genes has been affected but a clear relationship with the altered ripening phenotype could not be established. Altogether, our work gives new insights on the chromoplast differentiation process and provides novel resource data on the plastid proteome.

Department or laboratory:Laboratoire de Génomique et Biotechnologie des Fruits - GBF (Castanet-Tolosan, France)
Directeur de thèse:Pech, Jean claude and Chervin, Christian
Uncontrolled Keywords:Tomate - Chloroplaste - Chromoplaste - Caroténoïde - Fluorescence - Protéomique - Signal. KEYWORDS : Tomato - Chloroplast - Chromoplast - Carotenoid - Fluorescence - Proteomics - Signalling
Subjects:Biology > Molecular and cellular biology and genetics - Biotechnology
Agronomy > Plant sciences
Deposited On:11 December 2012

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