Étude fonctionnelle de deux facteurs de transcription intervenant dans la régulation du développement du grain de maïs : ZmZOU impliqué dans la communication embryon-albumen et ZmAFL4 impliqué dans l'accumulation de réserves

Transcriptional study of two transcription factors involved in maize kernel development : ZmZOU involved in embryo-endosperm communication and ZmAFL4 involved in reserves accumulation

• Auteur / Autrice : Aurélie Grimault
• Direction : Peter Rogowsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie
• Date : Soutenance le 28/11/2014
• Etablissement(s) : Lyon, École normale supérieure
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Arezki Boudaoud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peter Rogowsky, Arezki Boudaoud, Martine Devic, Richard Thompson, Sébastien Baud, Nathalie Depège-Fargeix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Devic, Richard Thompson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Zea mays

Éléments de régulation transcriptionnelle

Maïs

Mots clés libres

Biosynthèse d’amidon

Communication embryon-albumen

Développement de l’albumen

Graine

LEAFY COTYLEDON 2

Régulation transcriptionnelle

Zea mays

Zhoupi

Embryo-endosperm communication

Endosperm development

LEAFY COTYLEDON 2

Seed

Starch biosynthesis

Transcriptional regulation

Zea mays

Zhoupi

Résumé

Le grain de maïs est composé de 3 compartiments : l’embryon et l’albumen issus de la double fécondation et l’enveloppe d’origine maternelle. Le développement du grain et l’accumulation de réserves demande l’établissement d’une communication étroite entre l’embryon et l’albumen pour coordonner leur développement respectif. Si, des régulateurs majeurs impliqués dans le développement de la graine d’Arabidopsis ont été décrits, ces connaissances restent parcellaires chez les céréales. Les objectifs de ma thèse consistaient d’une part à étudier le contrôle de la communication entre l’embryon et l’albumen et d’autre part la régulation du remplissage du grain de maïs. Par l’analyse de lignées transgéniques sous exprimant ZmZHOUPI (ZmZOU-RNAi), nous avons établi que ce facteur de transcription à domaine bHLH, bien que s’exprimant exclusivement dans l’albumen, affecte significativement le développement de l’embryon (taille de l’embryon, persistance du suspenseur). L’analyse de données RNAseq (grains sauvages versus grains ZmZOU-RNAi) a permis d’identifier des gènes cibles potentiels de ZmZOU. De plus, nous avons montré que 3 facteurs de transcription de type bHLH homologues d’INDUCER OF CBP EXPRESSION (ICE) forment un partenariat avec ZmZOU.D’autre part, nous avons étudié les homologues d'ABA INSENSITIVE3, FUSCA3 et LEAFY COTYLEDON2 (AFL) qui forment un réseau de facteurs de transcription, à domaine B3, régulant l’accumulation d’huile et de protéines de réserves dans l’embryon d’Arabidopsis. Grâce à des analyses phylogénétiques et d’expression, nous avons établi que chez le maïs le réseau AFL, constitué de 5 membres (ZmAFLs), est partiellement conservé. Par dosages et analyse d’expression, nous avons montré que ZmAFL4, en particulier, est impliqué dans le contrôle de la biosynthèse de l’amidon dans l’albumen.

Maize kernel is composed of three major compartments: an embryo and an endosperm both produced by double fertilization and the maternally derived seed coat. Seed development and reserves accumulation demands coordination and thus communication between embryo and endosperm allowing specific growth of each compartment. While major regulators involved in seed development have been already described in Arabidopsis, knowledge in cereals remains limited. My thesis purposes were to study on one hand the control of communication between embryo and endosperm and on the other hand regulation of maize kernel filling.By analysis of transgenic lines knock down ZmZHOUPI (ZmZou-RNAi), we showed that this bHLH domain transcription factor, exclusively expressed in endosperm, affect significantly embryo development, size of embryo proper and suspensor persistence. RNAseq data analyses let find putative direct targets of ZmZOU. Additionally, we identified ZmZOU partners, 3 bHLH domain transcription factor homologs of INDUCER OF CBP EXPRESSION (ICE).Furthermore, we studied homologs of three B3 domain transcription factors named ABA INSENSITIVE3, FUSCA3 et LEAFY COTYLEDON2 (AFL) which form a regulatory network governing oil and seed storage proteins accumulation in Arabidopsis embryo. By phylogenetic and expression analysis, we established that 5 genes (ZmAFLs) constitute in maize a partially conserved AFL network. Through dosage and expression analysis, we established that particularly ZmAFL4 is involved in starch biosynthesis regulation.