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Baud S, Kelemen Z, Thévenin J, Boulard C, Blanchet S, To A, Payre M, Berger N, Effroy-Cuzzi D, Franco-Zorrilla JM, Godoy M, Solano R, Thevenon E, Parcy F, Lepiniec L, Dubreucq B. Deciphering the Molecular Mechanisms Underpinning the Transcriptional Control of Gene Expression by Master Transcriptional Regulators in Arabidopsis Seed. PLANT PHYSIOLOGY 2016; 171:1099-112. [PMID: 27208266 PMCID: PMC4902591 DOI: 10.1104/pp.16.00034] [Citation(s) in RCA: 24] [Impact Index Per Article: 2.7] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/22/2016] [Accepted: 04/07/2016] [Indexed: 05/20/2023]
Abstract
In Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), transcriptional control of seed maturation involves three related regulators with a B3 domain, namely LEAFY COTYLEDON2 (LEC2), ABSCISIC ACID INSENSITIVE3 (ABI3), and FUSCA3 (ABI3/FUS3/LEC2 [AFLs]). Although genetic analyses have demonstrated partially overlapping functions of these regulators, the underlying molecular mechanisms remained elusive. The results presented here confirmed that the three proteins bind RY DNA elements (with a 5'-CATG-3' core sequence) but with different specificities for flanking nucleotides. In planta as in the moss Physcomitrella patens protoplasts, the presence of RY-like (RYL) elements is necessary but not sufficient for the regulation of the OLEOSIN1 (OLE1) promoter by the B3 AFLs. G box-like domains, located in the vicinity of the RYL elements, also are required for proper activation of the promoter, suggesting that several proteins are involved. Consistent with this idea, LEC2 and ABI3 showed synergistic effects on the activation of the OLE1 promoter. What is more, LEC1 (a homolog of the NF-YB subunit of the CCAAT-binding complex) further enhanced the activation of this target promoter in the presence of LEC2 and ABI3. Finally, recombinant LEC1 and LEC2 proteins produced in Arabidopsis protoplasts could form a ternary complex with NF-YC2 in vitro, providing a molecular explanation for their functional interactions. Taken together, these results allow us to propose a molecular model for the transcriptional regulation of seed genes by the L-AFL proteins, based on the formation of regulatory multiprotein complexes between NF-YBs, which carry a specific aspartate-55 residue, and B3 transcription factors.
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Affiliation(s)
- Sébastien Baud
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Zsolt Kelemen
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Johanne Thévenin
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Céline Boulard
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Sandrine Blanchet
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Alexandra To
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Manon Payre
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Nathalie Berger
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Delphine Effroy-Cuzzi
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Jose Manuel Franco-Zorrilla
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Marta Godoy
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Roberto Solano
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Emmanuel Thevenon
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - François Parcy
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Loïc Lepiniec
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
| | - Bertrand Dubreucq
- Institut Jean-Pierre Bourgin, Institut National de la Recherche Agronomique, AgroParisTech, Centre National de la Recherche Scientifique, Université Paris-Saclay, RD10, F-78026 Versailles cedex, France (S.Ba., Z.K., J.T., C.B., A.T., M.P., N.B., D.E.-C., L.L., B.D.);Laboratoire de Physiologie Cellulaire et Végétale, Université Grenoble Alpes, Centre National de la Recherche Scientifique Unité Mixte de Recherche 5168, Commissariat à l'Energie Atomique/DRF/BIG, Institut National de la Recherche Agronomique Unité Mixte de Recherche 1417, 38054 Grenoble, France (S.Bl., E.T., F.P.); andGenomics Unit (J.M.F.-Z., M.G.) and Plant Molecular Genetics Department (R.S.), Centro Nacional de Biotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Campus Universidad Autónoma, 28049 Madrid, Spain
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Grimault A, Gendrot G, Chaignon S, Gilard F, Tcherkez G, Thévenin J, Dubreucq B, Depège-Fargeix N, Rogowsky PM. Role of B3 domain transcription factors of the AFL family in maize kernel filling. PLANT SCIENCE : AN INTERNATIONAL JOURNAL OF EXPERIMENTAL PLANT BIOLOGY 2015; 236:116-25. [PMID: 26025525 DOI: 10.1016/j.plantsci.2015.03.021] [Citation(s) in RCA: 25] [Impact Index Per Article: 2.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/19/2014] [Revised: 03/26/2015] [Accepted: 03/27/2015] [Indexed: 05/20/2023]
Abstract
In the dicot Arabidopsis thaliana, the B3 transcription factors, ABA-INSENSITIVE 3 (ABI3), FUSCA 3 (FUS3) and LEAFY COTYLEDON 2 (LEC2) are key regulators of seed maturation. This raises the question of the role of ABI3/FUS3/LEC2 (AFL) proteins in cereals, where not only the embryo but also the persistent endosperm accumulates reserve substances. Among the five ZmAFL genes identified in the maize genome, ZmAFL2 and ZmAFL3/ZmVp1 closely resemble FUS3 and ABI3, respectively, in terms of their sequences, domain structure and gene activity profiles. Of the three genes that fall into the LEC2 phylogenetic sub-clade, ZmAFL5 and ZmAFL6 have constitutive gene activity, whereas ZmAFL4, like LEC2, has preferential gene activity in pollen and seed, although its seed gene activity is restricted to the endosperm during reserve accumulation. Knock down of ZmAFL4 gene activity perturbs carbon metabolism and reduces starch content in the developing endosperm at 20 DAP. ZmAFL4 and ZmAFL3/ZmVp1 trans-activate a maize oleosin promoter in a heterologous moss system. In conclusion our results suggest, based on gene activity profiles, that the functions of FUS3 and ABI3 could be conserved between dicot and monocot species. In contrast, LEC2 function may have partially diverged in cereals where our findings provide first evidence of the specialization of ZmAFL4 for roles in the endosperm.
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Affiliation(s)
- Aurélie Grimault
- Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Lyon 1, Unité Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; INRA, UMR 879, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; CNRS, UMR 5667, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France
| | - Ghislaine Gendrot
- Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Lyon 1, Unité Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; INRA, UMR 879, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; CNRS, UMR 5667, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France
| | - Sandrine Chaignon
- Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Lyon 1, Unité Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; INRA, UMR 879, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; CNRS, UMR 5667, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France
| | - Françoise Gilard
- CNRS, UMR 9213, Institute of Plant Sciences Paris-Saclay, F-91405 Orsay, France
| | - Guillaume Tcherkez
- CNRS, UMR 9213, Institute of Plant Sciences Paris-Saclay, F-91405 Orsay, France
| | - Johanne Thévenin
- INRA, UMR 1318, Institut Jean-Pierre Bourgin, Saclay Plant Sciences, Versailles, France; AgroParisTech, Institut Jean-Pierre Bourgin, Saclay Plant Sciences, Versailles, France
| | - Bertrand Dubreucq
- INRA, UMR 1318, Institut Jean-Pierre Bourgin, Saclay Plant Sciences, Versailles, France; AgroParisTech, Institut Jean-Pierre Bourgin, Saclay Plant Sciences, Versailles, France
| | - Nathalie Depège-Fargeix
- Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Lyon 1, Unité Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; INRA, UMR 879, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; CNRS, UMR 5667, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France
| | - Peter M Rogowsky
- Université de Lyon, Ecole Normale Supérieure de Lyon, Université Lyon 1, Unité Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; INRA, UMR 879, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France; CNRS, UMR 5667, Reproduction et Développement des Plantes, F-69364 Lyon, France.
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