Thèse soutenue

Rôle des mécanismes épigénétiques et de régulation de l'expression des gènes dans le déterminisme du sexe chez le melon
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Auteur / Autrice : Natalia Rodriguez Granados
Direction : Moussa BenhamedAbdelhafid Bendahmane
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biologie
Date : Soutenance le 19/06/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
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-....)
référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
Jury : Président / Présidente : Valérie Geffroy
Examinateurs / Examinatrices : Ikram Blilou, Brande Wulff, Charlie Scutt
Rapporteurs / Rapporteuses : Ikram Blilou, Brande Wulff

Résumé

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Chez les plantes, le terme « déterminisme sexuel » désigne le processus développemental par lequel les fleurs mâles et femelles se trouvent séparées sur la même plante (monoécie) ou sur des individus différents (dioécie). La famille des Cucurbitaceae compte une grande diversité de systèmes de reproduction. Dans ce processus, fortement sous le contrôle de phytohormones, l’éthylène joue un rôle majeur. Il est probable que des modes de reproduction tels que la monoéciereposent sur l’établissement de programmes d’expression génique différents, grâce à une régulation épigénétique des gènes de déterminisme sexuel (GDS). En accord avec cette hypothèse, nous avons montré que les gènes impliqués dans le déterminisme sexuel et le développement des organes floraux étaient régulés par le dépôt de la marque chromatinienne H3K27me3associée à la répression des gènes. L’objectif de cette thèse est de disséquer les mécanismes épigénétiques et transcriptionnels qui régulent le déterminisme du sexe chez le melon monoique. Ce travail se découpe en deux parties principales, dans lesquelles nous montrerons le rôle de processus épigénétiques ainsi que de la régulation transcriptionnelle des GDS et gènes de réponse hormonale dans le maintien de la monoécie. Dans un premier travail l’objectif a été de découvrir le rôle de H3K27me3 dans le déterminisme sexuel et le développement floral. Pour cela, nous avons utilisé une approche de génétique inverse afin d’isoler des mutants déficients pour la protéine LHP1, un facteur impliqué dans le maintien de la marque H3K27me3. Nous avons criblé une collection de mutants TILLING et avons identifié des mutations pour les deux homologues de LHP1 chez le melon, CmLHP1A et CmLHP1B. Nous avons montré que ces deux protéines régulent ensemble divers aspects du développement, ainsi que la distribution de la marque H3K27me3 sur l’ensemble du génome. Les doubles mutants cmlhp1ab montrent des défauts phénotypiques pléiotropes et de manière intéressante, une diminution de la proportion de fleurs femelles. L’analyse intégrative de données de RNAseq et ChIP-seq H3K27me3 a révélé que les mutants présentent une diminution globale de la marque H3K27me3, ce qui corrèle avec l’induction de gènes impliqués dans le développement floral et la signalisation hormonale tels que PISTILLATA, SEPALLATA 3, 2 et APETALA1, ainsi que les gènes GH3-like. Nos résultats montrent que CmLHP1A et B contrôlent le développement végétatif et reproducteur, et que la perte de fonction de ces protéines induit des perturbations de l’expression du génome qui affectent non seulement le développement de la plante, mais également son système de reproduction.Dans un second travail l’objectif a été de de caractériser la fonction de EIN3 dans le déterminisme du sexe. CmEIN3, un homologue du régulateur central de la réponse transcriptionnelle à l’éthylène, a été identifié par un crible génétique visant à identifier des mutants présentant des perturbations du déterminisme sexuel dans une population de mutants EMS. Les mutants cmein3-1 présentent une transition partielle de la monoécie vers l’andromonoécie. Nous avons identifié les gènes cibles potentiels de EIN3, en réalisant des expériences de DAP-seq et croisé ces résultats avec des données de RNAseq obtenues dans le mutant cmein3, afin de corréler la fixation de EIN3 à une activation ou une répression de ses cibles. C’est ainsi que EIN3 peut fonctionner aussi bien comme un activateur que comme un répresseur de la transcription tout en observant que changements d’expression des gènes observés chez les mutants cmein3-1 corrèlent en partie avec une perte d’affinité de la protéine mutée pour l’ADN. Dans le contexte du déterminisme du sexe, nous avons pu montrer que CmEIN3 ne contrôle pas seulement la réponse transcriptionnelle à l’éthylène, mais également les interactions entre les voies de signalisation par les auxines, les cytokinines et l’acide abscissique afin d’inhiber le développement des étamines.