Evolution du régulateur floral LEAFY dans la lignée verte

Evolution of the floral regulator LEAFY in the green lineage

• Auteur / Autrice : Marie Monniaux
• Direction : François Parcy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 11/12/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiologie cellulaire végétale
• Jury : Président / Présidente : Marc Billaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Parcy, Christophe Robaglia
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Moneger, Christian Fankhauser

Mots clés

Mots clés libres

Fleur

Développement

Evolution

Facteur de transcription

LEAFY

Flower

Development

Evolution

Transcription factor

LEAFY

Résumé

LEAFY (LFY) est un facteur de transcription unique et très conservé chez les plantes terrestres. Il contrôle le développement floral chez les angiospermes (plantes à fleurs), mais son rôle est encore mal connu chez toutes les autres plantes terrestres à l'exception de la mousse Physcomitrella patens où l'orthologue de LFY (PpLFY) est requis pour la première division cellulaire du zygote. PpLFY ne reconnaît pas les mêmes séquences d'ADN que LFY d'Arabidopsis thaliana, malgré la très forte conservation de leurs domaines de liaison à l'ADN. LFY semble donc avoir changé de propriétés au cours de l'évolution ; l'objectif de ma thèse a été de déterminer si de tels changements s'étaient produits fréquemment chez les plantes terrestres, et de comprendre leur origine et leur impact sur la régulation des gènes cibles de LFY. Pour cela, j'ai étudié la spécificité de liaison à l'ADN des orthologues de LFY chez les grands groupes de plantes terrestres par des expériences de SELEX, et cette spécificité s'est révélée très fortement conservée, excepté dans le cas de PpLFY. Ces résultats nous ont permis de construire un modèle biophysique performant pour prédire la liaison de LFY à l'échelle génomique, ce que nous avons appliqué à l'étude de l'évolution de la régulation de quelques gènes clés par LFY. Nous avons ainsi pu prédire la régulation du gène floral AGAMOUS par LFY chez différentes espèces angiospermes, et nous avons pu montrer que LFY régulait très vraisemblablement les orthologues des gènes d'identité florale chez les gymnospermes, c'est-à-dire avant l'apparition de la fleur. La divergence de spécificité de PpLFY nous a poussés à étudier les gènes cibles de PpLFY : pour cela, j'ai initié des approches bioinformatiques et expérimentales chez P. patens. Enfin, pour comprendre comment ce changement de spécificité s'est déroulé au cours de l'évolution, nous nous sommes penchés sur l'ancêtre de LFY et avons découvert que LFY était déjà présent chez les algues vertes. Des études pour déterminer la spécificité ancestrale de LFY chez ces espèces ont été initiées.

LEAFY (LFY) is a unique transcription factor, highly conserved within land plants. LFY directly regulates a set of genes participating in floral development in angiosperms (flowering plants), but its role in the other groups of land plants is unknown, except in the moss Physcomitrella patens where the LFY ortholog (PpLFY) regulates the first cell division in the zygote. PpLFY does not bind to the same DNA sequences as LFY from Arabidopsis thaliana, in spite of the very high degree of conservation of their DNA binding domains. Thus, it appears that the properties of LFY have changed during evolution ; the goal of my thesis was to find out if such changes had occurred frequently in land plants, and what are their origins and consequences on target genes regulation. I performed SELEX experiments on LFY orthologs from all land plants, which revealed that their DNA binding specificty was highly conserved, except in the case of PpLFY. These results allowed us to build an accurate biophysical model to predict LFY binding on DNA fragments at a genomic level, which we applied on the evolution of the regulation of key target genes by LFY. We were able to predict the regulation of the floral gene AGAMOUS by LFY in various angiosperm species, et we could also show that LFY was very likely regulating gymnosperm orthologs of genes involved in floral organ identity, even before the appearance of the flower. The change in DNA binding specificity observed for PpLFY led us to study more precisely the consequences of this change for the regulation of target genes : for this, I initiated bioinformatic and experimental work in P. patens. Finally, to understand how this change in DNA binding specificity had occurred during evolution, we looked for the ancestor of LFY and found out that LFY already existed in green algae. We are currently investigating the ancestral specificity of LFY in these species.