Détermination du gène contrôlant la formation de fruits parthénocarpiques chez le melon

Determination of the gene controlling parthenocarpic fruit formation in melon

• Auteur / Autrice : Ching-Hui Chung
• Direction : Adnane Boualem, Abdelhafid Bendahmane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• 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-….)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adi Avni, Ikram Blilou, Catherine Dogimont
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Adi Avni, Ikram Blilou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séquençage de l'ARN

Reproduction asexuée

Nouaison

Melon

Mots clés libres

Cucumis melo

Nouaison

Parthénocarpie

TILLING

BSA

ARN-Seq

Cucumis melo

Fruit set

Parthenocarpy

TILLING

BSA

RNA-Seq

Résumé

La nouaison est un processus de transformation de l'ovaire en fruit déclenché par la fécondation. La parthénocarpie est un phénomène où le développement du fruit se produit sans pollinisation ni fécondation. Dans cette thèse, notre objectif est d'identifier les gènes induisant la parthénocarpie chez le melon. Dans la première partie, nous avons utilisé la méthode TILLING pour identifier des mutants potentiellement parthénocarpiques chez le melon. Nous avons identifié une famille présentant le trait de parthénocarpie dans une population mutagénique de melon EMS. Une analyse phénotypique approfondie a confirmé que la mutation d'épissage dans le gène FS1 était responsable de la parthénocarpie. Des croisements ont été réalisés entre le mutant fs1 et deux autres mutants, arf19 et etr1, afin d'explorer l'interaction entre fs1 et d'autres gènes liés aux auxines et à l'éthylène. Les résultats ont montré que le double mutant n'avait pas une capacité parthénocarpique plus forte que le mutant simple fs1, mais les fruits parthénocarpiques des différents mutants présentaient des caractéristiques variées. Dans la deuxième partie, nous avons utilisé l'analyse BSA pour identifier les loci génomiques associés à la parthénocarpie. Nous avons croisé un melon non parthénocarpique avec un melon parthénocarpique pour produire une population F2 ségréguée. L'analyse phénotypique sur F2 nous a permis d'identifier une mutation récessive monogénique (dénommée fs2) associée à la parthénocarpie. Nous avons finalement restreint la région génomique associée à la parthénocarpie à un intervalle spécifique sur le chromosome 11. À l'intérieur de cet intervalle, deux gènes candidats ont attiré l'attention. Dans la troisième partie, l'analyse des données de RNA-seq s'est concentrée sur les lignées parthénocarpiques et non parthénocarpiques dans le développement du fruit. Trois hypothèses ont été formulées pour comprendre les aspects génétiques et temporels de la parthénocarpie. La première hypothèse suggérait que les gènes différentiellement exprimés (DEGs) liés au développement du fruit seraient abondants dans les lignées non parthénocarpiques mais rares dans les lignées parthénocarpiques, correspondant à l'idée que la parthénocarpie débute après la pollinisation. L'analyse a confirmé cette hypothèse, révélant significativement plus de DEGs dans les lignées non parthénocarpiques. Les deuxième et troisième hypothèses ont suggéré des stades alternatifs d'initiation de la parthénocarpie. Les deux stades ont montré des milliers de DEGs, indiquant la complexité de l'initiation de la parthénocarpie. L'analyse GO des DEGs surexprimés a mis en lumière différents mécanismes biologiques associés à la parthénocarpie, notamment la modification de la paroi cellulaire et le développement du système reproducteur. Les DEGs sous-exprimés présentaient systématiquement des facteurs de transcription liés à la liaison à l'ADN, suggérant leur rôle dans le développement du fruit. Les gènes liés aux hormones ont été explorés, révélant des interactions complexes entre ces hormones.

Fruit set is a process of transformation from ovary to fruit triggered by fertilization. Parthenocarpy is a phenomenon that fruit development occurring without pollination or fertilization. In this thesis, we aim to identify genes that induce parthenocarpic fruit in melon. In the first part, we utilized TILLING to identify potential parthenocarpic mutants in melon. We found a family that exhibited the parthenocarpy trait in a melon EMS mutagenesis population. Further phenotypic analysis confirmed that the splicing mutation in the FS1 gene was responsible for parthenocarpy. Crosses were conducted between the fs1 mutant and two mutants, arf19 and etr1, to explore the interaction between fs1 and other auxin and ethylene related gene. The results showed that the double mutant did not exhibit stronger parthenocarpic ability than the fs1 single mutant, but parthenocarpic fruits from different mutants displayed varying characteristics. In the second part, we employed BSA to identify the genomic loci associated with parthenocarpy. We crossed a non-parthenocarpic with a parthenocarpic melon to produce a segregating F2 population. The phenotypic analysis on F2 allowed us to identify a single-locus recessive mutation (denoted as fs2) that is associated with parthenocarpy. We ultimately narrowed down the genomic region associated with parthenocarpy to a specific interval on chromosome 11. Within this interval, two candidate genes drew attention.In the third part, RNA-seq data analysis focused on parthenocarpic and non-parthenocarpic lines in fruit development. Three hypotheses were proposed to understand the genetic and temporal aspects of parthenocarpy. The first hypothesis suggested that DEGs related to fruit development would be abundant in non-parthenocarpic lines but scarce in parthenocarpic lines, aligning with the idea that parthenocarpy initiates post-pollination. The analysis supported this hypothesis, revealing significantly more DEGs in non-parthenocarpic lines. The second and third hypotheses suggested alternative initiation stages for parthenocarpy. Both stages showed thousands of DEGs, indicating the complexity of parthenocarpy initiation. GO analysis of up-regulated DEGs uncovered different biological mechanisms associated with parthenocarpy, including cell wall modification and reproductive system development. Down-regulated DEGs consistently featured DNA-binding transcription factors, hinting at their role in fruit development. Hormone-related genes, including auxins, gibberellins, and ethylene, were explored, revealing complex interactions among these hormones.