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FRÉDÉRIC VIGNEAULT
CARACTÉRISATION DE LA FAMILLE DES
PROTÉINES KINASES DE TYPE NIMA CHEZ LES
PLANTES ET ANALYSE FONCTIONNELLE DE
PNEK1, UNE NEK DU PEUPLIER (POPULUS
TREMULA X P. ALBA CLONE 717 I-B4)
Thèse présentée
à la Faculté des études supérieures de l’Université Laval
dans le cadre du programme de doctorat en Sciences forestières
pour l’obtention du grade de Philosophiæ Doctor (Ph.D.)
SCIENCES DU BOIS ET DE LA FORÊT
FACULTÉ DE FORESTERIE ET GÉOMATIQUE
UNIVERSITÉ LAVAL
QUÉBEC
2009
© Frédéric Vigneault, 2009

i
Résumé
Les protéines kinases de type NIMA (NIMA related kinases - Neks) forment une
famille relativement bien conservée chez les eucaryotes. Plusieurs d’entre elles, comme la
protéine kinase NIMA d’Aspergillus nidulans et la protein Nek2 de mammifères ont fait
l’objet d’études suffisamment approfondies pour les impliquer dans la régulation du cycle
cellulaire. L’objectif du présent travail était de caractériser la famille des Neks chez les
plantes, et plus particulièrement de déterminer le rôle de PNek1, une Nek de peuplier.
J’ai identifié neuf PtNeks chez Populus trichocarpa, sept AtNeks chez Arabidopsis
thaliana et six OsNeks chez Oryza sativa. L’analyse phylogénétique et leur distribution
chromosomique suggèrent une descendance unique chez les plantes, probablement à partir
de Nek1. L’analyse du profil d’expression transcriptionnelle indique que la régulation de
l’expression des Neks est liée aux patrons de développement basipétal de la feuille et
vasculaire de la plante. Plus particulièrement, l’analyse de l’expression du gène PNek1
révèle une concordance exacte avec les sites de production de l’auxine, du développement
basipétal de la feuille et de l’initiation du système vasculaire. PNek1 n’est toutefois pas
induite par la signalisation de l’auxine. La surexpression de PNek1 chez Arabidopsis induit
des anomalies importantes au niveau de l’inflorescence, empêchant même la fertilisation de
la fleur. Au plan cellulaire, PNek1 est localisé dans le nucléole et s’accumule lors de la
phase G2 précédant la mitose. L’accumulation de PNek1 est aussi induite lors d’un stress
génotoxique au point de contrôle en G1/S. Des résultats récents de double hybride indiquent
que PNek1 pourrait être impliquée dans la maturation de l’ARNm puisqu’elle interagit avec
DBR1, une protéine directement impliquée dans l’épissage.
Le présent travail offre une perspective inédite de la littérature des Neks comme
régulateurs du cycle cellulaire. Le contexte biologique particulier du peuplier m’a aussi
conduit à associer les Neks au développement d’organes complexes. Cette approche et ces
observations représentent donc en soit une contribution originale, se distinguant des
nombreuses études antérieures faites chez les mammifères, où seule leur relation au cycle
cellulaire a été étudiée.

ii
Abstract
The NIMA-related kinases family (Neks) is well conserved among eukaryotes.
Several studies, especially on Aspergillus nidulans NIMA and mammalian Nek2, have
tagged them as cell cycle regulators. The objective pursued in this work was to characterise
the plant Nek family and, more specifically, to identify a possible role for PNek1, a Nek
from poplar tree.
Here, I describe nine PtNeks in Populus trichocarpa, seven AtNeks in Arabidopsis
thaliana and six OsNeks in Oryza sativa. Phylogenetic analysis in addition to their
chromosomal distribution suggest a unique origin for all plant Neks. Exhaustive transcript
expression analysis indicates that plant Neks regulation is related to the basipetal and
vascular plant development patterns. Moreover, PNek1 promoter expression analysis
reveals a striking similarity with sites of auxin production, basipetal leaf development and
vascular initiation. However, PNek1 is not induced by auxin signalling. PNek1
overexpression in Arabidopsis induces severe inflorescence anomalies, which can lead to
flower sterility. At the cell level, PNek1 is localised in the nucleoli and accumulates during
the G2 phase before the onset for mitosis. PNek1 transcript accumulation could also be
induced by a genotoxic stress at the G1/S checkpoint. Yeast two-hybrid experiments
indicate that PNek1 could be involved in mRNA maturation since it interacts with DBR1, a
protein directly involved in RNA splicing.
This work offers a unique perspective to the actual Neks literature as cell cycle
regulators. The particular biological context of poplar trees also brought me to associate
Neks with complex organ development. This approach and these observations represent an
original contribution, distinguishing itself from the numerous mammalians studies which
only looked at their relation to the cell cycle regulation.

iii
Avant-propos
Après ces dernières années, je réalise à quel point la caractérisation de PNek1 s’est
avérée une tâche ardue. Je ne me suis jamais senti aussi près du but, mais aussi loin à la
fois. D’un point de vue forestier, j’ai débroussaillé pas mal large. Il reste par contre
beaucoup à faire. Je me réjouis toutefois que d’autres laboratoires aient commencé à
s’intéresser aux Neks. Ce projet m’a beaucoup apporté, tant du point de vue technique que
d’une meilleure connaissance de mes limites, mais surtout de mes intérêts. Bien que la
thèse soit l’élément final menant à l’obtention du Doctorat, je l’ai écrite pour moi. En ce
sens, cette thèse reflète bien mon esprit rationnel, ainsi que ma personnalité plutôt directe et
sans détour.
J’ai eu énormément de chance de travailler dans un environnement où l’accessibilité
aux ressources matérielles et surtout humaines n’était jamais une limite. Je te remercie
Armand de m’avoir donné cette chance et toute cette latitude de pouvoir orienter le projet
comme bon me semblait. Merci surtout d’avoir compris et supporté mes intérêts quant à
mon cheminement futur. Je ne crois pas que j’aurais pu me développer autant autrement.
Je tiens aussi à remercier John Mackay. Bien qu’on ne se croise
qu’occasionnellement, tu m’as prêté une oreille attentive. Tes conseils et ton expérience
furent très appréciés. Je suis bien content de te connaître.
Je remercie les membres mon jury de thèse, Dominique Michaud qui est là depuis le
début du projet, Michel Cusson que j’ai eu la chance de croiser au CFL, ainsi que François
Ouellet auquel je souhaite merde pour le début de sa carrière académique.
Merci aussi à Jacqueline Grima-Pettenati pour tes conseils et ta bonne humeur.
Louis Bernier, merci pour tes conseils avisés lorsque j’ai commencé ce projet.
Thank you Bob Rutledge for developing a technique which saved me several
months of work and for all those discussions; I learned a lot.
À l’équipe du labo, un gros merci. Caroline, Marie-Josée, Françoise, Gervais,
Dennis, Don et ceux qui ne sont plus là Laurence, Frédéric, Caroline. Merci pour tous les

iv
services que vous m’avez rendus, toutes les discussions, importantes ou non, qu’on a eues.
On forme vraiment une grande famille. Merci aussi à Monikca, Richard, Andrée, Arianne,
Brian, Valérie, Laurent, Jocelyne, Aïda, Ian, Isabelle, Meriem, ce fut un réel plaisir de vous
côtoyer, de discuter et surtout de rire! Je vous souhaite bonne chance. Un merci un peu plus
spécial au trio kinase : Marie-Claude dont l’hyperphosphorylation de certaines kinases
régule certainement ton caractère hyper-social et Louis-Philippe mon compagnon d’armes
depuis le début et futur big boss dans le monde des kinases. On a appris plusieurs trucs
ensemble, notamment que… ‘c’est pas facile une kinase hein?’
Je tiens à saluer ceux que je croise de temps à autre dans l’équipe de John,
notamment Fabienne, Pascal, Claude, Brian, Frank et Florian.
Un merci spécial à mon père Guy et ma mère Sylvie pour m’avoir soutenu,
encouragé et être fiers de mon travail. Merci François, c’est bien d’avoir un membre dans la
famille qui comprend ce que l’autre fait. Ça a toujours été comme ça entre nous deux.
Merci Mira pour ton éternelle bonne humeur quand tu vois ton grand frère préféré.
Catherine, merci simplement d’être toi, je suis content de t’avoir dans la famille. Merci
aussi à mes grands-parents pour leurs encouragements.
Finalement, merci à mon amour Eliane. Merci pour ta patience, les sacrifices, le
réconfort, pour garder espoir qu’à chaque jour on améliore notre sort. Merci aussi pour
m’avoir apporté notre plus grande joie. Bien que tu sois trop petite pour lire en ce moment,
je te remercie pour tous tes sourires Elora. Chaque jour est une découverte avec toi. Merci
d’être patiente avec ton papa. Je vous aime toutes les deux!