The PHYTOCHROME-INTERACTING FACTORS (PIFs) are a family of conserved transcription factors in plants that control responses to light and temperature. The PIFs affect many different phenotypes, including hypocotyl (seedling stem) growth, phototropism (bending of plants towards the light), and flowering. Because they are such potent regulators of growth, the activity of the PIFs is tightly controlled. In this thesis, we attempt to identify novel mechanisms which regulate the activity of the PIFs, as well as providing more detail about known regulatory mechanisms.
In the first chapter, we conduct a mutant screen to identify negative regulators of hypocotyl phototropism in light-grown Arabidopsis thaliana seedlings, which is a process controlled by the PIFs. We identify a circadian clock component, ELF3, as an important regulator of phototropism, and show that phototropic bending is subject to circadian control. Interestingly, ELF3 in Brachypodium distachyon, a grass, appears to have the opposite effect on phototropism as in Arabidopsis, indicating significant differences in the regulation of bending between the two species.
In the second chapter, we identify protein sequence motifs in the PIFs which are conserved across many different plant species, and attempt to characterize their functions in Arabidopsis PIF4 and PIF7. We find that a conserved “KRK” motif in PIF4 makes the protein less stable. By contrast, a “TLES” motif in PIF7 seems to enhance to the stability of the protein. Discovery of these motifs highlights the regulatory importance of controlling PIF protein levels.
In the final chapter, we explore the role that PIF7 nuclear bodies play in regulating its activity. Localization of PIF7 to nuclear bodies has been proposed to inhibit its activity as a transcription factor in specific light/temperature conditions. We present new evidence which suggests that this inhibition may not actually require the presence of the nuclear bodies. Additionally, in lines where PIF7 nuclear bodies are present, we show that the disappearance of these bodies in response to changing light conditions requires the DNA-binding domain of PIF7.
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Résumé
Les PHYTOCHROME INTERACTING FACTORS (PIFs) sont une famille de facteurs de transcription conservés phylogénétiquement dans les plantes qui contrôlent les réponses à la lumière et à la température. Les PIF contrôlent de nombreux phénotypes différents, notamment la croissance de l'hypocotyle (tige du plantule), le phototropisme (inclinaison des plantes vers la lumière) et la floraison. Parce qu’ils sont de puissants régulateurs de croissance, l’activité des PIF est étroitement contrôlée.
Dans cette thèse, nous tentons d'identifier de nouveaux mécanismes qui régulent l'activité des PIF, ainsi que de fournir plus de détails sur les mécanismes de régulation connus.
Dans le premier chapitre, nous effectuons une sélection de mutants pour identifier les régulateurs négatifs du phototropisme de l'hypocotyle dans les semis d'Arabidopsis thaliana cultivés à la lumière, processus contrôlé par les PIF. Nous identifions un composant de l'horloge circadienne, ELF3, en tant que régulateur important du phototropisme, et montrons que la courbure phototropique est soumise au contrôle circadien. Il est intéressant de noter que ELF3 chez Brachypodium distachyon, une graminée, semble avoir l'effet inverse sur le phototropisme que chez Arabidopsis, ce qui indique des différences significatives dans la régulation de la courbure entre les deux espèces.
Dans le deuxième chapitre, nous identifions des motifs de séquences protéiques dans les PIF qui sont conservés dans de nombreuses espèces végétales différentes, et tentons de caractériser leurs fonctions dans PIF4 et PIF7 d’Arabidopsis. Nous constatons qu'un motif « KRK » conservé dans PIF4 rend la protéine moins stable. En revanche, un motif « TLES » dans PIF7 semble améliorer la stabilité de la protéine. La découverte de ces motifs met en évidence l’importance régulatrice du contrôle des niveaux de protéines PIF.
Dans le dernier chapitre, nous explorons le rôle que jouent les corps nucléaires PIF7 dans la régulation de son activité. La localisation de PIF7 dans les corps nucléaires a été proposée comme une inhibition de son activité en tant que facteur de transcription dans des conditions de lumière/température spécifiques. Nous présentons de nouvelles preuves suggérant que cette inhibition pourrait ne pas nécessiter la présence de corps nucléaires. De plus, dans les lignées où les corps nucléaires PIF7 sont présents, nous montrons que la disparition de ces corps en réponse à des conditions de lumière changeantes nécessite le domaine de liaison à l'ADN de PIF7.