Vers une meilleure compréhension du rôle des gènes LEC par analyse fonctionnelle de variants

par Camille Salaün

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Bertrand Dubreucq.

Soutenue le 03-02-2023

à université Paris-Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème , en partenariat avec Institut Jean-Pierre Bourgin (Versailles ; 2010-....) (laboratoire) , Faculté des sciences d'Orsay (référent) et de Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-....) (graduate school) .

Le président du jury était Jean-Denis Faure.

Le jury était composé de Julia Buitink, Vanessa Vernoud, Benoit Landrein, Julie Boudet, Thomas Widiez.

Les rapporteurs étaient Julia Buitink, Vanessa Vernoud.

mots clés

• Développement
• Graine
• Embryogenèse
• Contrôle transcriptionnel
• Facteurs pionniers
• LEC2
• Plantes -- Embryologie
• Embryogenèse somatique
• Facteurs de transcription
• Graines

Résumé

Les plantes peuvent se reproduire de manière sexuée ou asexuée. Ces deux types de reproduction conduisent à la formation d'un embryon, zygotique ou somatique, à l'origine de la future plante. Ces processus développementaux sont régis par de fortes régulations de l'expression des gènes, notamment par des facteurs de transcription (FT). LEAFY COTYLEDON 2 (LEC2) est un FT connu pour être un régulateur maître de l'embryogenèse et du développement de la graine. Avec ABCISSIC ACID INSENSITIVE 3 (ABI3), FUSCA 3 (FUS3) et LEAFY COTYLEDON 1 (LEC1), LEC2 forme le groupe des LAFL et contrôle divers aspects du développement de la graine, allant de la formation de l'embryon à l'accumulation des composés de réserve, ou encore l'acquisition de la tolérance à la dessiccation. Au-delà de leur rôle dans la graine, les LAFL sont également essentiels à l'initiation et au maintien de la capacité embryogène des cellules végétales. Mon travail de thèse vise à mieux connaître la structure, la fonction et le mode d'action de LEC2, qui restent encore mal compris. Différentes approches de mutagenèse ont été mises en place, de manière à générer de nouveaux variants de LEC2, présentant une activité différentielle, que ce soit dans les processus d'embryogenèse somatique ou au cours de la maturation de la graine. Les résultats obtenus ont montré la présence de domaines d'activation de la transcription (DA) dans les extrémités non structurées de la protéine et jusqu'alors non identifiés. Des mutations réalisées dans ces DA suggèrent qu'ils ne sont pourtant pas indispensables à l'activité de LEC2 in planta, bien qu'ils soient fortement conservés chez les plantes dicotylédones. Des analyses associant des données de RNA-seq, de ChIP-seq, d'ATAC-seq, ainsi que des données fonctionnelles, semblent mettre en évidence une double fonction de LEC2 jusqu'ici inconnue, comme activateur transcriptionnel d'une part, mais aussi comme facteur pionnier, capable de se lier à la chromatine et de modifier l'accessibilité de ses cibles sans en activer la transcription. Ces résultats permettent d'éclairer le rôle des gènes LEC1 et LEC2 dans les processus allant de la différenciation cellulaire à l'accumulation des réserves.

mots clés

• Development
• Seed
• Embryogenesis
• Transcriptional regulation
• Pioneer factors
• LEC2

Titre traduit

Towards a better understanding of LEC genes role(s) by functional analysis of variants

Résumé

Plants can reproduce sexually or asexually. Both types of reproduction lead to the formation of an embryo, either zygotic or somatic, which give rise to the future plant. These developmental processes are controlled by a strong regulation of gene expression, notably by transcription factors (TFs). LEAFY COTYLEDON 2 (LEC2) is a TF known to be a master regulator of embryogenesis and seed development. Together with ABCISSIC ACID INSENSITIVE 3 (ABI3), FUSCA 3 (FUS3) and LEAFY COTYLEDON 1 (LEC1), LEC2 forms the LAFL group of transcription factors, and controls various aspects of seed development, ranging from embryo formation to accumulation of reserve compounds, or acquisition of desiccation tolerance. Beyond their role in the seed, LAFLs are also essential for the initiation and the maintenance of the embryogenic capacity of plant cells. My thesis work aims at better understanding the structure, function, and mode of action of LEC2, which are still poorly understood. Different mutagenesis approaches have been implemented to generate new variants of LEC2 with a differential activity during somatic embryogenesis or seed maturation. The results obtained showed the presence of transcription activation domains (ADs) within the unstructured ends of the protein and never identified so far. Interestingly, mutations in these ADs suggest that they are, however, not essential for LEC2 activity in planta, despite their high conservation in dicotyledonous plants. The combination of RNA-seq, ChIP-seq, and ATAC-seq data, together with functional analysis seem to reveal a double function of LEC2, previously unknown, as a transcriptional activator on the one hand, but also as a pioneer factor, able to bind to chromatin and modify the accessibility of its targets without activating their transcription. These results provide insight into the role of LEC1 and LEC2 in processes ranging from cell differentiation to reserve accumulation.