Étude fonctionnelle de deux gènes PPR dans le développement du grain chez le maïs (Zea Mays)

Functional study of two PPR genes involved in kernel development of maize (Zea Mays)

Studio funzionale di due geni PPR implicati nello sviluppo del seme di mais (Zea Mays)

• Auteur / Autrice : Davide Sosso
• Direction : Peter Rogowsky, Gabriella Consonni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, Ecole normale supérieure en cotutelle avec Università degli studi (Milan, Italie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mitochondries

Chloroplastes

Semences -- Transformation

Maïs

Mots clés libres

RNA processing

Pentatricopeptide repeat

Embryo development

Résumé

Les graines de céréales représentent une ressource majeure pour l’agroalimentaire, l’industrie chimique et la production alternative d’énergie. Parmi les céréales, le maïs présente le rendement le plus élevé mais face à une demande toujours plus forte, la compréhension des mécanismes moléculaires du développement du grain apparaît donc comme un enjeu économique primordial. Nous présentons dans ce manuscrit la caractérisation phénotypique et moléculaire de deux mutants du grain de maïs : le mutant PPR8522 (embryon anormal, mutation létale) et le mutant PPR2263 (grain miniature). Les 2 gènes mutés ont été identifiés et codent pour des protéines à motifs PPR (Pentatricopeptide Repeat). Ces dernières sont connues pour être impliquées dans la maturation des ARN organellaires. Le gène PPR8522 a été identifié par la technique de « transposon tagging » et confirmé par cartographie fine. La protéine PPR8522 est adressée aux plastes et apparaît nécessaire pour la transcription d’une majorité de gènes chloroplastiques. Des plantules mutantes (obtenues par « sauvetage d’embryon ») présentent un phénotype albinos lié à l’absence de chloroplastes fonctionnels. La mutation PPR2263 responsable du phénotype grain miniature a été aussi identifiée par « transposon tagging » et confirmé par complémentation via transgenese du mutant. La protéine PPR2263 présente un adressage mitochondrial et un domaine DYW, suggérant un rôle dans l’édition des ARN. Les plantes mutantes se caractérisent par une croissance ralentie et une taille réduite.

The maize kernel is at the heart of research efforts geared to elucidate the molecular mechanisms governing its development and the accumulation of oil and starch in its two major compartments, embryo and endosperm. Here, we present the molecular and phenotypic characterisation of two maize kernel mutants, the embryo-specific PPR8522 and the miniature PPR2263 mutant. Despite dissimilar phenotypes both mutations concerned genes coding for pentatricopeptide repeat (PPR) proteins predicted to act in organellar RNA processing. The gene responsible for the embryo-lethal phenotype of PPR8522 was identified by transposon tagging and confirmed by fine mapping. PPR8522 contains 10 PPR motifs, is targeted to plastids and required for the transcription of nearly all plastid-encoded genes. Mutant embryos deviate as early as the 3-cell stage from normal development but can be rescued in vitro in certain genetic backgrounds. Rescued mutant plantlets have an albino lethal phenotype due to a substantial cellular desorganisation of their plastids including a total lack of thylakoid stacks. The mutation responsible for the miniature kernel phenotype of PPR2263 was identified by a novel cDNA transposon display technique. The cloning was confirmed by transgenic complementation via Agrobacterium-mediated maize transformation. PPR2263 contains 10 PPR motifs, a mitochondrial-targeting sequence and a DYW domain, suggesting a role in organellar RNA editing. Mutant plants hardly ever reach sexual maturity and are characterised by slow growth.

I cereali sono una risorsa importante per l'industria alimentare, l’industria chimica e la produzione di energia alternativa. Tra i cereali, il mais ha il più alto rendimento e a fronte di una domanda sempre crescente, la comprensione dei meccanismi molecolari di sviluppo del seme ha un duplice valore scientifico ed economico. In questo manoscritto sono presentate la caratterizzazione fenotipica e molecolare di due mutanti del seme di mais: il mutante PPR8522 (embrione anormale, mutazione letale) e il mutante PPR2263 (grano in miniatura). I due geni responsabili sono stati clonati e codificano entrambe per proteine con motivi PPR (PentatricoPeptide Repeat). Questa classe di proteine, é nota per essere coinvolta nel processamento dell’RNA degli organelli. Il gene PPR8522 è stato identificato con la tecnica di « transposon tagging » e confermato grazie al mappaggio fine. La proteina PPR8522 è destinata ai cloroplasti e appare necessaria per la trascrizione di una vasta maggioranza di geni plastidiali. Le plantule mutanti ottenute tramite « embryo rescue », hanno un fenotipo albino associato alla mancanza di cloroplasti funzionali. La mutazione PPR2263, responsabile del fenotipo grano in minatura, è stata identificata ugualmente tramite « transposon tagging » e confermata dalla complementazione via transgenesi del mutante. La proteina PPR2263 é indirizzata ai mitocondri e presenta un dominio DYW, che suggerisce un ruolo nell’editing dell’RNA. Le piante mutanti sono caratterizzate da una crescita lenta e da una dimensione ridotta.