Rôle et fonction des protéines WIP au cours du développement des organes reproducteurs chez Arabidopsis thaliana. Vers une meilleure compréhension du réseau génétique de CmWIP1.

Role and function of arabidopsis thaliana WIPs protein during reproductive organ development. Toward a better understanding of CmWIP1 genetic network.

• Auteur / Autrice : Aïmen Haraghi
• Direction : Abdelhafid Bendahmane, Mohammed Bendahmane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du végétal : du gène à l'écosystème (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences des plantes de Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Gautier Semences
• Jury : Président / Présidente : Pierre Hilson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelhafid Bendahmane, Pierre Hilson, Frédérique Aberlenc-Bertossi, Ikram Blilou, Catherine Dogimont, Frédéric Moquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédérique Aberlenc-Bertossi, Ikram Blilou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Sexualité

Plantes -- Amélioration génétique

Détermination génétique du sexe

Mots clés libres

Crible génétique

Tt1-Ntt

Wip

Gynoécie

Sélection variétale

Développement du carpelle

Genetique screen

Tt1-Ntt

Wip

Gynoecie

Breeding

Carpel development

Résumé

Une des caractéristiques définissant les êtres vivants est leur capacité à se reproduire. La reproduction sexuée est le mécanisme qui a encouragé la sélection positive des espèces au cours de l’évolution en augmentant leurs diversités génétiques. Lors de leurs reproductions les angiospermes (les plantes à fleurs) utilisent un organe sexuel appelé fleur. Le sexe de cet organe est déterminé par la présence ou l’absence de deux différents types de tissus reproducteurs. Le tissu reproducteur mâle est appelé étamine et porte le pollen. Le tissu reproducteur femelle est appelé pistil et est constitué d’un ou plusieurs carpelles. La labilité sexuelle et l’importance économique des Cucurbites comme Cucumis melo (le melon), Cucumis sativus (le concombre) et Citrullus lanatus (la pastèque) ont fait d’eux des organismes-modèles pour l’étude du déterminisme du sexe contrôlé par un réseau génétique. Le modèle génétique du déterminisme du sexe de Cucumis melo peut être expliqué par la modulation et l’interaction de trois gènes: CmACS-7, CmWIP1, CmACS11. Le gène CmACS-7 est situé au locus M et code une enzyme de biosynthèse de l’éthylène (Boualem et al 2008) réprimant le développement des étamines. Le gène CmWIP1 est situé au locus G et code un facteur de transcription potentiel réprimant le développement du carpelle (Martin and al 2010). Et le gène CmACS11 est situé au locus A et code une enzyme de biosynthèse de l’éthylène réprimant l’expression de CmWIP1 (Boualem et al 2015). Au vu de la croissance de la population mondiale, il est nécessaire d’élargir le nombre d’outils génétiques permettant l’amélioration de la sélection variétale des plantes cultivées dont font partie les Cucurbites. La plupart des plantes hybrides sont issues d’un croisement entre deux plantes différentes, une plante mâle et une plante femelle. Pour améliorer la production de ces hybrides, il est primordial de connaître le sexe des plantes parentes et particulièrement celui des lignées femelles. Dans cette optique, les sélectionneurs ont besoin d’élargir leurs panels d’allèles permettant le contrôle du développement du carpelle. L’ingénierie de ces allèles permettra de générer des plantes gynoïques portant uniquement des fleurs femelles mais aussi d’augmenter la proportion de fleurs pistillées et de contrôler le délai d’apparition des fleurs pistillées. Ces améliorations de la sélection variétale des Cucurbites pourraient générer des alternatives aux mécanismes de stérilité mâle, de castration manuelle ou chimique. Ainsi qu’une meilleure maîtrise de l’apparition de l’effet nid, générant des plantes potentiellement plus compactes et plus rapidement productives. La manipulation des mécanismes, régulés par CmWIP1 et contrôlant le développement du pistil, pourrait permettre d’identifier de nouveaux allèles impliqués dans le développement du carpelle. Mes travaux de recherche se sont appuyés sur la mise en œuvre d’un crible génétique afin d’identifier les membres du réseau génétique auquel appartient CmWIP1, l’unique gène identifié à ce jour contrôlant le développement du carpelle chez C. melo. Ma thèse a eu pour but d’identifier des gènes suppresseurs de la fonction de TT1 (AtWIP1) et de NTT (AtWIP2), deux membres de la famille WIP chez Arabidopsis thaliana. Ces mutations suppresseurs pourront supprimer les phénotypes d’arrêt de croissance et de sénescence induits par la surexpression de TT1 ou de NTT. Pour cela, j’ai généré une population de lignées d’Arabidopsis thaliana surexprimant de manière inductible les séquences codantes de TT1 ou NTT et ayant subi une mutagenèse à l’EMS. J’ai ensuite criblé cette population pour identifier les plantes suppresseurs et les mutations causales. Mon projet de recherche a permis d’identifier quatre locus potentiellement impliqués dans le contrôle du développement du carpelle. La caractérisation de ces locus pourra aboutir à un meilleur contrôle du déterminisme du sexe des Cucurbites et des plantes possédant un mécanisme similaire.

One of the characteristics of living organisms is the ability to reproduce themselves. Sexual reproduction is a mechanism that increases the potential diversity of species and their positive selection. To reproduce most of plants species use a type of sexual organ named flower. The sex of this organ is determined by the presence or absence of two different types of reproductive tissue. The stamen is the male reproductive tissue and the carpel is (the female reproductive tissue). In many species the development of these tissues is controlled by a network of genes. Cucumis melo (melon) is a model plant to study genetic network controlling sex determination. Melon sex determination genetic model can be explained by the modulation of three genes. The gene CmACS-7 at the locus M which encodes for an ethylene biosynthesis enzyme that represses stamen development (Boualem and al 2008). The gene CmWIP1 at the locus G which encodes a putative transcription factor that represses carpel development (Martin and al 2010). And the gene CmACS11 at the locus A which encode for an ethylene biosynthesis enzyme that represses CmWIP1 expression (boualem et al 2015). The aim of this thesis project is to understand in which biological process cmWIP1 is involved to inhibit carpel development. The identification of the precise function of cmWIP1 will lead to the identification of new putative alleles controlling carpel development and sex determination. To achieve this goal we set up a genetic screen in Arabidopsis thaliana to unravel genetic interactors of CmWIP1. At the present moment we found four putative genetic interactors. These putative candidates will be tested in melon. Plants that are mutated in theses cmWIP1 genetic interactors should harbour female organ inside each of their flowers. Then the introgression of these alleles in crop species may increase fruit and/or seed yields.