Régulation des transitions gamétophyte à sporophyte pendant le cycle de vie d'Ectocarpus

Regulation of gametophyte-to-sporophyte transitions during the file cycle of Ectocarpus

• Auteur / Autrice : Haiqin Yao
• Direction : J. Mark Cock, Susana M. Coelho
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie du développement
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie intégrative des modèles marins (Roscoff, Finistère ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Kloareg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kenny Bogaert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Akira F. Peters, Azeddine Driouich

Mots clés

Mots clés contrôlés

Génétique

Microalgues benthiques

Méiose

Facteurs de transcription

Développement

Ectocarpacées

Mots clés libres

Cycle de la vie

Régulation de l'alternance des générations

Meio-spores

Sporophytiques

Algues brunes

Diffusible

Facteur induisant les sporophytes

Ectocarpus

Life cycle

Sporophyte-inducing factor

Initial cell fate

TALE HD transcription factors

Sporophyte

Résumé

La plupart des organismes eucaryotes se reproduisent sexuellement et ont des cycles de vie qui impliquent une alternance entre les phases haploïde et diploïde en raison de deux processus fondamentaux : la division cellulaire méiotique (à la transition diploïde-haploïde) et la fusion gamète ou syngamie (transition haploïde-diploïde). Dans les organismes photosynthétiques ayant des cycles de vie haploïde-diploïde, ces alternances sont entre deux générations multicellulaires distinctes : gamétophyte et sporophyte. Comme les générations de gamétophytes et de sporophytes sont construites à partir d'informations provenant d'un génome commun, il s'ensuit que les processus de régulation épigénétique doivent fonctionner à la fois pendant la méiose et pendant la syngamie pour déclencher le déclenchement du programme de développement approprié associé à chaque génération. L'analyse génétique de l'alternance du cycle de vie chez les organismes se répartissant de diverses façons sur les lignées de l'arbre eucaryote permettra d'améliorer notre compréhension au niveau moléculaire. Les connaissances actuelles indiquent que l'alternance du cycle de vie est régulée par des facteurs génétiques (facteurs de transcription du domaine homéodésique) et par des modifications chromatiniennes. La majorité des algues brunes ont un cycle de vie haploïde-diploïde et l'une de ces espèces, l'algue brune filamenteuse Ectocarpus, est utilisée comme système modèle pour étudier la régulation du cycle biologique. L'ectocarpe a un cycle de vie complexe. Les travaux actuels ont montré que l'alternance des générations d'Ectocarpus est contrôlée par deux facteurs de transcription homéodomaine, ORO et SAM, qui régulent l'induction du programme de développement sporophyte. Cependant, l'alternance entre le gamétophyte et le sporophyte peut également être régulée par un facteur sporophyte autonome non cellulaire sécrété dans le milieu de culture par les sporophytes. Ce facteur diffusible provoque une reprogrammation majeure du développement des cellules initiales (méio-spores) du gamétophyte. Il est intéressant de noter que les travaux actuels montrent que le BGC et la SAM peuvent faire partie du réseau de réglementation déclenché par le facteur sporophyte inducteur. Cependant, la nature biochimique de ce facteur n'est pas connue. L'objectif principal de cette thèse était de caractériser le facteur diffusible sporophyte inducteur. Les travaux ont porté sur l'optimisation de la production, du stockage et du dosage biologique du facteur et sur l'obtention d'informations sur sa nature biochimique. L'étude a également examiné la relation entre le facteur sporophyte inducteur et deux régulateurs génétiques, ORO et SAM, pour comprendre la voie de développement déclenchée par le facteur. En plus de ce travail sur l'identité de génération du cycle de vie, la thèse portait sur la caractérisation du mutant sans fondement, qui présente un phénotype similaire à celui du mutant distag et qui est affecté dans la formation de modèles de développement à la fois pendant les générations gamétophytes et sporophytes.

Most eukaryotic organisms reproduce sexually and have life cycles that involve an alternation between haploid and diploid phases due to two fundamental processes meiotic cell division (at the diploid-to-haploid transition) and gametes fusion or syngamy (haploid-to-diploid transition). In photosynthetic organisms with haploid-diploid life cycles, these alternations are between two distinct multicellular generations: gametophyte and sporophyte. As both the gametophyte and sporophyte generations are constructed using information from a shared genome, it follows that epigenetic regulation processes must operate both during meiosis and during syngamy to trigger the initiation of the appropriate developmental program associated with each generation. Genetic analysis of life cycle alternation in organisms diversely distribute across the lineages of the eukaryotic tree will improve our understanding at the molecular level. Current knowledge indicates that life cycle alternation is regulated by genetic factors (homeodomain transcription factors) and by chromatin modifications. The majority of brown algae have haploid-diploid life cycle and one of these species, the filamentous brown alga Ectocarpus, is being used as a model system to study life cycle regulation. Ectocarpus has a complex life cycle. Current work has shown that alternation of generations in Ectocarpus is controlled by two homeodomain transcription factors, ORO and SAM, which regulate the induction of the sporophyte developmental program. However, alternation between the gametophyte and the sporophyte can also be regulated by a non-cell autonomous, sporophyte-inducing factor secreted into the culture media by sporophytes. This diffusible factor causes major developmental reprogramming in initial cells (meio-spores) of the gametophyte. Interestingly, current work shows that ORO and SAM may be part of the regulatory network triggered by the sporophyte-inducing factor. However, the biochemical nature of this factor is not known. The main objective of this thesis was to characterize the diffusible sporophyte-inducing factor. The work focused on optimizing production, storage and bioassay of the factor and on obtaining information about its biochemical nature. The study also investigated the relationship between the sporophyte-inducing factor and two genetic regulators, ORO and SAM, to understand the developmental pathway triggered by the factor. In addition to this work on life cycle generation identity, the thesis involved characterisation of the baseless mutant, which exhibits a similar phenotype to the distag mutant and is affected in developmental patterning during both the gametophyte and sporophyte generations.