Régulation et rôle des facteurs de transcription de type ERF de la sous-classe E (ERF-E) dans la maturation des fruits climactériques

Regulation and role of class E Ethylene Response Factors (ERF.E) in climacteric fruit ripening

• Auteur / Autrice : Shiyu Ying
• Direction : Mondher Bouzayen, Julien Pirrello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Développement des Plantes
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génomique et Biotechnologie des Fruits (Castanet-Tolosan, Haute-Garonne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Antonio Granell
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mondher Bouzayen, Julien Pirrello, Antonio Granell, Hua Wang, Mingchun Liu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rupert George Fray, Abdelhafid Bendahmane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fruits -- Maturation

Mots clés libres

L'initiation de la maturation

Hypoxie- Sous-classe ERF.E

Production d'éthylène

The N-end rule

Tomate

Initiation of ripening-hypoxia

ERF.E subclass

Ethylene production

The N-end rule

Tomato

Résumé

Le mûrissement des tomates est un processus finement régulé avec de nombreux changements dynamiques qui concernent les voies du métabolisme primaire et secondaire, la respiration ou encore la signalisation hormonale. Comme les autres fruits climactérique, la tomate connait une transition développementale du stade « pré-maturation » à la phase de maturation qui est associée à une augmentation de la respiration au début de la maturation et à une augmentation de la production autocatalytique d'éthylène. Les facteur de réponse à l'éthylène, de la sous-clade E (ERF.E), ont un profil d'expression fortement associé au mûrissement du fruits de tomate. Les protéines ERF.E de la tomate sont notamment caractérisées par la présence d'un motif N-terminal conservé, qui a été identifié comme cible de la voie N-end rule en condition d’hypoxie chez leurs orthologues d'Arabidopsis. Cette étude dévoile pour la première le rôle positif de ERF.E1 dans la maturation des fruits de la tomate. La surexpression d'ERF.E1 favorise l'initiation du mûrissement, et est accompagnée d'une production avancée d'éthylène et d'une déplétion précoce de l'oxygène dans le gel, par rapport aux lignées WT et KO-erf.e1. ERF.E1 régule positivement les activités promotrices des gènes clés de la maturation, RIN et NOR, ainsi que les gènes de biosynthèse de l'éthylène du système 2. De plus, les résultats ont montré qu’en condition d’hypoxie, ERF.E1 est régulé aux niveaux transcriptionnel et post-traductionnel. En effet, les conditions hypoxiques induisent l’expression d’ERF.E1 et stabilise la protéine ERF.E1. Cette thèse se concentre principalement sur le rôle d'ERF.E1 dans l'initiation de la maturation, grâce à la caractérisation des lignées altéré dans l’expression de ERF.E1 et à l’étude des réseaux d'interaction protéiques potentiels d'ERF.E1.

Tomato fruit ripening is a finely regulated process with many well-known dynamic changes, from metabolites, color, and respiration rate to hormone level. As a climacteric fruit, tomato fruit experiences a developmental transition characterized by a burst of respiration at the onset of ripening and a rise in autocatalytic ethylene production. Ethylene Response Factors (ERFs) are end mediators of ethylene responses and members of subclade E (ERF.E) of this transcription factor family display remarkable ripening-associated expression patterns in tomato fruit. Notably, tomato ERF.E proteins are characterized by the presence of a consensus N-terminal motif, which has been identified in their Arabidopsis orthologs as the target of the N-end rule pathway under hypoxia. The first outcome of our study is to reveal that initiation of tomato fruit ripening is preceded by a dramatic drop in oxygen levels in locular gel, thus giving a solid physiological marker of ripening initiation. The study also unveils the function of ERF.E1 in tomato fruit ripening showing that overexpression of ERF.E1 promotes the initiation of ripening, by advancing both ethylene production and oxygen depletion event in the gel, compared with the WT and KO-erf.e1 lines. ERF.E1 positively regulates the promoter activities of key ripening genes, RIN and NOR, as well as the ethylene biosynthesis genes involved in System 2 ethylene production. In addition, the data show that ERF.E1 is regulated by hypoxia at both transcriptional and post-translational levels. Hypoxia conditions induce transcription of ERF.E1 and promote ERF.E1 protein stability. Overall, while the study unraveled the role of ERF.E1 in ripening initiation based on the analysis of ERF.E1 impaired lines are altered at the early ripening stages it also uncovered potential proteins interacting with the ERF.E1 network components.