Vers la compréhension des réseaux moléculaires régulés par le facteur de transcription JOINTLESS-2 lors du développement de l'inflorescence et la zone d'abscission florale chez Solanum lycopersicum

Towards understanding the molecular networks regulated by the MADS-box transcription factor JOINTLESS-2 during inflorescence and flower abscission zone development in Solanum lycopersicum

• Auteur / Autrice : Rachid Boumlik
• Direction : Abdelhafid Bendahmane, Maria-Victoria Gomez-Roldan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• 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-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Rijk Zwaan France
• Jury : Président / Présidente : Catherine Rameau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Immink, Michel Hernould, Judit Szecsi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Richard Immink, Michel Hernould

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fleurs -- Morphologie (biologie)

Inflorescences

Développement

Tomate

Mots clés libres

JOINTLESS-2

UNIFLORA

Solanum lycopesicum

Architecture de l'inflorescence

Zone d'abscission florale

JOINTLESS-2

UNIFLORA

Solanum lycopesicum

Inflorescence architecture

Flower abscission zone

Résumé

Les facteurs de transcription (FTs) de la famille des MADS-box jouent un rôle majeur dans toutes les étapes du développement de la plante. Cependant, le sous-groupe MIKCC des FT MADS-box est particulièrement actif pendant la phase de reproduction et joue un rôle central dans divers aspects de ce processus, qui vont du contrôle de l'identité des méristèmes, au développement des organes floraux, le développement/maturation et l'abscission des fruits. JOINTLESS-2 (J2) en fait partie et joue un rôle critique dans le développement de la zone d’abscission florale (ZAF). D’autre part, J2 avec un autre membre du sous-groupe MIKCC nommé ENHANCER OF JOINTLESS2 (EJ2), jouent un rôle dans le processus de ramification de l’inflorescence. Dans cette étude, nous nous appuyons sur les données RNA-seq et ATAC-seq pour identifier les différents réseaux moléculaires ciblés par J2 dans le méristème et la ZAF. Ces données montrent que parmi les gènes différentiellement exprimés certains abritaient des motifs CArGbox qui sont connus pour être ciblés par les FT MADS-box. Parmi les cibles putatives de J2 dans la ZAF nous avons validé l’interaction de la protéine J2 avec le promoteur du gène OVATE, un gène impliqué dans la forme du fruit à travers le contrôle des modes de division cellulaire et ayant un motif CArG-box dans sa région promotrice. De plus, nous étudions le rôle d'UNIFLORA (UF, membre de la famille des FT bHLH), qui a été initialement identifié comme un gène différentiellement exprimé dans la ZAF. Le mutant uf développe une inflorescence composée d’une seule fleur et montre des modifications dans l'organisation et la morphologie cellulaire de la ZAF. Nos résultats montrent que la combinaison des allèles uf peut réduire la ramification d’inflorescence induit par l’interaction épistatique entre j2 et ej2. Ainsi, UF, J2/EJ2 sont potentiellement impliqués dans la ramification de l'inflorescence par des voies indépendantes et parallèles. Enfin, l’ensemble des résultats obtenus à travers ces travaux apporte aux sélectionneurs de nouveaux outils pour affiner des caractères agronomiques comme la ramification des inflorescences et la ZAF qui ont un impact direct et important sur le rendement chez la tomate.

MADS-box family of transcription factors (TFs) play a major role in all stages of plant development. However, the MIKCC-type subgroup of MADSbox TFs is particularly active during the reproductive phase and plays a central role in various aspects of this process, which range from the control of meristem identity, to the development of the floral organs, the development / ripening and abscission of fruits. JOINTLESS-2 (J2) is a member of this group and plays a critical role in the development of the flower abscission zone (FAZ). Additionally, J2 plays a role in the process of inflorescence branching along with another member of the MIKCC-type subgroup named ENHANCER OF JOINTLESS2 (EJ2). In this study, we rely on RNA-seq and ATAC-seq data to identify the different molecular networks targeted by J2 in reproductive meristem and FAZ. These data show that among the differentially expressed genes, some harbored CArG box motifs which are known to be targeted by MADS-box TFs. We validated the interaction of the J2 protein with the CarG-box motif identified in the promoter of the OVATE (OV) gene, which was one of the putative targets of J2 in the FAZ and is known for its role in the control of fruit shape through the regulation of cell division patterns. In addition, we study the role of UNIFLORA (UF, member of the bHLH protein family), which was initially identified as a differentially expressed gene in the j2 pedicels. The mutant uf develops an inflorescence composed of a single flower and shows changes in the organization and morphology of FAZ cells. Our results show that uf allele could be used to reduce inflorescence branching resulted from the epistatic interaction between j2 and ej2. Thus, UF, J2 and EJ2 potentially act together in the branching of the inflorescence through different but parallel pathways. Finally, the results obtained through this work provide breeders with new tools to fine tune important agronomic traits such as inflorescence branching and FAZ development, which have a direct and significant impact on yield in tomato.