De la rose sauvage à la rose domestiquée : caractérisation du rôle d’APETALA2L dans la formation de la fleur double chez le rosier

From wild to domesticated roses : characterisation of APETALA2L function in double flower formation in Rosa chinensis

• Auteur / Autrice : Léa François
• Direction : Mohammed Bendahmane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie végétale
• Date : Soutenance le 16/07/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (Lyon ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Charlie Scutt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Bendahmane, Charlie Scutt, Catherine Damerval, Stéphane Jouannic, Frédérique Aberlenc-Bertossi, Olivier Raymond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Damerval, Stéphane Jouannic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fleurs doubles

Roses

Mots clés libres

Rose

Rosa chinensis

Fleur double

Génétique

Pétale

APETALA2-Like

MiR172

AGAMOUS

Élément transposable

Modèle ABC

Rose

Rosa chinensis

Double flower

Genetics

Petal

APETALA2-Like

MiR172

AGAMOUS

Transposable element

Transcription factor

ABC model

Résumé

Les roses à fleurs doubles attirent sélectionneurs et scientifiques depuis de nombreux siècles. L’analyse des taux de ségrégation et cartes génétiques indique que le passage de la fleur simple à la fleur double est dû à une seule mutation dominante située sur le chromosome 3. Cette mutation conduit à une conversion homéotique d’une partie des étamines en pétales, soulignant la possibilité que cette mutation impacte certains gènes du modèle ABC. Il y a quelques années, notre équipe a démontré que l’augmentation du nombre de pétales chez le rosier était corrélée à une restriction de l’expression de RcAGAMOUS (RcAG) vers le centre du méristème floral. Cependant, RcAG étant porté par le chromosome 5, il ne peut être le déterminant génétique de la fleur double. Il a donc été supposé que la mutation en cause se trouvait dans un gène intervenant en amont de RcAG.Récemment, nous avons séquencé, assemblé et publié le génome de Rosa chinensis cv ‘Old Blush’ un ancêtre des rosiers modernes qui produit déjà des fleurs doubles. L’assemblage, de très bonne qualité, nous a aidé à reconstruire la séquence des deux haplotypes de l'intervalle contenant la mutation liée à la fleur double. Nous avons identifié, parmi les 631 gènes de cet intervalle, un gène APETALA2-LIKE (RcAP2L) comme candidat plus que prometteur. En effet, il a été découvert que ce gène existait sous la forme de deux allèles, l’un d’entre eux contenant un grand élément transposable, donnant lieu à un allèle tronqué résistant à l’inhibition par miR172, appelé RcAP2LΔ172. Sachant que la surexpression d’un variant résistant au miR172 entraîne souvent la formation de pétales supplémentaires chez A. thaliana, j’ai démontré que la présence de ce variant corrèle avec le phénotype « fleur double » chez les rosiers d’origine chinoise. Enfin, alors qu’AP2 est capable d’inhiber l’expression d’AG en se liant directement à ses séquences régulatrices chez A. thaliana, j’ai confirmé la capacité des protéines codées par les deux allèles de RcAP2L à lier les séquences régulatrices de RcAG, in vitro. À partir de ces résultats, je propose donc un modèle pouvant expliquer la formation de fleurs doubles chez les rosiers chinois et peut-être d’autres Rosaceae, dans lesquelles la protéine RcAP2LΔ172 peut s’accumuler du fait de sa résistance au miR172 et restreindre davantage l’expression de RcAG au centre du méristème floral. Ainsi, la frontière entre les domaines A et C se trouve elle aussi déplacée vers le centre du méristème, ce qui induit la conversion des étamines en pétales.

Roses exhibiting double flowers have intrigued both breeders and scientists for decades. Based on segregation ratios and genetic maps, it is known that the switch from simple to double flower is due a single dominant locus on chromosome 3. When present in its mutated form, this locus leads to a homeotic conversion of stamens into petals, suggesting a mechanism involving the ABC genes. A few years ago, our team demonstrated that the increase in petal number correlates with a restriction of RCAGAMOUS (RcAG) expression domain towards the center of the floral meristem. However, as RcAG is located on chromosome 5, the causative mutation was assumed to act as a regulator of this gene. Recently, we sequenced, assembled and published the double-flowered Rosa chinensis cv ‘Old Blush’ genome sequence with a high-quality assembly that helped us to reconstruct the sequence of the two haplotypes of the interval containing the double flower mutation. Among the 631 genes from this interval, we identified here an APETALA2-LIKE (RcAP2L) gene as a strong candidate. Indeed, this gene was found to exist as two alleles, with one containing a large transposable element resulting in a truncated, miR172-resistant, variant named RcAP2LΔ172. Knowing that the overexpression of a miR172-resistant variant of AP2 leads to the formation of extra petals (and sometimes stamens) in Arabidopsis, we investigated the presence of this variant in simple and double flower varieties. The presence of RcAP2LΔ172 was found to correlate with the double flower phenotype in Chinese roses and was not observed in any of the simple-flowered roses studied. Finally, as AP2 is able to inhibit AG expression by directly binding to its regulatory sequences in A. thaliana, I confirmed that both RcAP2L proteins are also able to recognize RcAG regulatory sequences in vitro. A working model is thus proposed for double flower formation in rose, that could be valid for other Rosaceae, whereby RcAP2LΔ172 protein may accumulate due to its resistance to miR172 and consequently may repress more RcAG towards the center of the floral meristem, leading to the sliding of the A/C border and thus the conversion of stamens into petals.