Approches moléculaires et cellulaires pour comprendre le phénomène d’albinisme en androgénèse chez le blé dans le but de produire efficacement des plantes haploïdes doublées

Cellular and molecular approaches to understand the albinism phenomenon occurring in wheat androgenesis in order to efficiently produce doubled haploid plants

• Auteur / Autrice : Julie Canonge
• Direction : Philippe Potin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 09/03/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de biologie intégrative des modèles marins (Roscoff, Finistère ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Kloareg
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Giraudeau, Murielle Philippot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Marie Chèvre, Thomas Pfannschmidt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytométrie de flux

Photomorphogenèse

Chloroplastes

Albinisme

Androgenèse chez les plantes

Génotype

Triticum aestivum

Mots clés libres

Microspores

Albinisme

Triticum aestivum

Cytométrie en flux par impédance

Marqueurs précoces de réactivité

Biogénèse des chloroplastes

Microspores

Albinism

Triticum aestivum

Impedance Flow Cytometry

Early reactivity markers

Chloroplast biogenesis

Résumé

Les haplométhodes, en permettant de produire rapidement des lignées homozygotes, représentent aujourd’hui un outil essentiel d’accélération des programmes de sélection variétale. Sous des conditions de stress spécifiques, les microspores sont réorientées vers un développement de type sporophytique, permettant la production d’embryons. Néanmoins, chez le blé, la technique d’androgénèse est largement limitée par la régénération d’un taux important de plantules albinos. L’objectif de mes travaux de thèse est d’améliorer nos connaissances sur le phénomène d’albinisme en androgénèse chez le blé, au niveau cellulaire et moléculaire, afin de lever ce verrou. Le développement d’une nouvelle méthode d’analyse cellulaire a permis la caractérisation fine de populations de microspores en culture et s’est avérée être un outil puissant permettant la prédiction précoce des rendements embryonnaires chez le blé. Des études microscopiques et morphologiques, ont mis en évidence deux voies de développement aboutissant à la formation de structures de type embryon ou de type cal. Enfin, une étude novatrice basée sur une analyse d’expression de gènes impliqués dans la biogénèse des chloroplastes a été mise en place lors des étapes précoces du processus d’androgénèse. Un blocage précoce dans la biogénèse des chloroplastes au sein des structures multicellulaires et des pro-embryons dérivant de microspores a été mis en évidence et semble provoqué par une perturbation de la transcription au sein des plastes. Les différents outils de détection précoce du phénomène d’albinisme développés pourront venir en appui pour l’optimisation des protocoles d’androgénèse chez les céréales.

Haplomethods, which allow rapid production of homozygous lines, are an essential tool to speed up plant breeding processes. Under specific stress conditions, the microspores switch from the gametophytic developmental pathway to sporophytic development, allowing embryo production. However, in cereals and especially in wheat, the androgenesis process is largely limited by the regeneration of a high rate of albino seedlings. The major objective of my thesis work is to improve our knowledge of the albinism phenomenon in wheat androgenesis, at the cellular and molecular level, in order to eliminate this bottleneck. The development of a new method of cell analysis has allowed the fine characterization of microspore populations in culture and has proven to be a powerful tool for the early prediction of embryo yields in wheat. Microscopic and morphological studies have highlighted two developmental pathways leading to the formation of embryo-like structure or callus-like structure. Finally, an innovative study based on the analysis of gene expression involved in the chloroplast biogenesis was carried out during the early stages of androgenesis. An early blockage in the chloroplast biogenesis within multicellular structures and microspore-derived proembryos has been demonstrated and appears to be caused by a disruption of the transcription within plastids. The various tools for the early detection of the albinism phenomenon developed here will support future experiments to improve and optimize androgenesis protocols in cereals.