Fonctions et régulation du facteur de transcription TCP8 dans la régulation de la germination des graines chez Arabidopsis thaliana

Functions and regulation of TCP8 transcription factor in Arabidopsis thaliana seed germination

• Auteur / Autrice : Mimi Tian
• Direction : Emmanuel Baudouin, Juliette Puyaubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie cellulaire et développement
• Date : Soutenance le 10/10/2025
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Complexité du vivant (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Développement, Adaptation, Vieillissement (Paris ; 2025-....)
• Jury : Président / Présidente : Patricia Serradas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Colcombet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Baud, Gwyneth Ingram

Mots clés

Mots clés contrôlés

Régulation génétique

Germination

Facteurs de transcription

Arabidopsis thaliana

Mots clés libres

Arabidopsis thaliana

Germination

Régulation génique

TCP

Arabidopsis thaliana

Germination

Gene regulation

TCP

Résumé

La germination des graines est une étape clé du cycle de développement des plantes, étroitement contrôlée par des signaux endogènes et environnementaux. Inversement, la germination est limitée par la dormance des graines, et la levée de dormance est un prérequis, constituant ainsi un point de contrôle majeur pour adapter la germination aux conditions environnementales. Plusieurs études ont démontré que les facteurs de transcription TCP14 et TCP15 (Teosinthe Branched1/Cycloidea/Proliferating Cell Factor, facteur cellulaire prolifératif) sont d'importants régulateurs de la dormance et de la germination des graines. Cette étude visait à explorer l'implication et le mécanisme d'action d'un autre facteur de transcription TCP de classe I, TCP8, dans la régulation de la levée de dormance et de la germination des graines d'Arabidopsis thaliana. L'analyse des phénotypes de germination des graines mutantes TCP8 (tcp8.1) et surexprimant TCP8 (35S:TCP8 OE) a démontré que TCP8 fonctionne comme un régulateur négatif de la germination et de la levée de dormance, agissant via la régulation de la synthèse d'ABA/GA et de la transcription des gènes de réponse. Une analyse transcriptomique des graines du mutant tcp8.1 a révélé la dérégulation de plus de 200 gènes et suggère des fonctions spécifiques de TCP8 associées à l'endosperme des graines. Les phénotypes opposés des graines tcp8.1 et tcp14.4, tant au niveau physiologique que moléculaire, suggèrent une fonction antagoniste de TCP8 et TCP14 dans la régulation de la germination des graines. Ce résultat a été confirmé dans les graines du double mutant tcp8.1tcp14.4, dont les phénotypes physiologiques et moléculaires ont été inversés et se comportent comme des graines sauvages. De plus, comme précédemment démontré pour TCP14, TCP8 peut interagir avec la MAP kinase 8 d'Arabidopsis (MPK8) et être phosphorylé par celle-ci, et MPK8 stimule l'activité transcriptionnelle de TCP8. Comme le montrent les approches génétiques, MPK8 pourrait donc constituer un régulateur commun en amont de TCP8 et TCP14 et possiblement coordonner les fonctions de TCP8 et TCP14 lors de la germination des graines. Outre ses fonctions lors de la germination des graines, nous avons également démontré que TCP8 est un déterminant négatif de la longévité des graines. En effet, les graines du mutant tcp8.1 et du surexpresseur 35S:TCP8 OE présentaient respectivement une longévité accrue et réduite, corrélée à une altération de la perméabilité des graines. Nous avons démontré que ces phénotypes s'accompagnaient d'une synthèse accrue de cires, de cutine et de subérine monomères dans les graines de la lignée 35S:TCP8 OE et d'un défaut majeur dans le dépôt de la cuticule de l'albumen. De plus, les graines tcp8.1 et 35S:TCP8 OE présentaient une taille et un poids accrus, ainsi qu'une vitesse de maturation des siliques altérée. Enfin, les plantules étiolées tcp8.1 et 35S:TCP8 OE présentaient respectivement une perméabilité plus faible et plus élevée. L'ensemble de ces données indique que TCP8 pourrait être impliqué dans l'établissement de la couche cuticulaire à différents stades de développement des graines et des plantules. Cette étude met en lumière les multiples rôles du facteur de transcription TCP8 dans la biologie des graines et met en évidence sa relation antagoniste inattendue avec d'autres TCP de classe I dans ce contexte.

Seed germination is a key stage of plant development cycle, tightly controlled by endogenous signals and environmental cues. Conversely, germination is restricted by seed dormancy and dormancy release is a pre-requisite so as a major checkpoint to adapt seed germination to environmental conditions. Several studies evidenced that Teosinthe Branched1/Cycloidea/Proliferating Cell Factor (TCP) transcription factors TCP14 and TCP15 are important regulators of seed dormancy and germination. This study aimed to explore the involvement and mechanism of action of another class I TCP transcription factor, TCP8, in the regulation of seed dormancy release and germination of Arabidopsis thaliana seeds.The analysis of the germination phenotypes of TCP8 mutant (tcp8.1) and overexpressing (35S:TCP8 OE) seeds evidenced that TCP8 function as a negative regulator of germination and dormancy release and operates via the regulation of ABA/GA synthesis and response gene transcription. A transcriptomic analysis of tcp8.1 seeds revealed the deregulation of more than 200 genes and points towards specific functions for TCP8 associated with seed endosperm. The opposite phenotypes of tcp8.1 and tcp14.4 seeds, both at the physiological and molecular level, suggested an antagonistic function for TCP8 and TCP14 in regulating seed germination. This was confirmed by the analysis of tcp8.1tcp14.4 double mutant seeds, in which physiological and molecular phenotypes were reverted and that behave as WT seeds. Furthermore, we evidenced that, as previously demonstrated for TCP14, TCP8 can interact with and be phosphorylated by Arabidopsis MAP kinase 8 (MPK8) and that MPK8 stimulates TCP8 transcriptional activity. As evidenced by genetic approaches, MPK8 could therefore constitute a common upstream regulator of TCP8 and TCP14 and possibly coordinates TCP8 and TCP14 functions during seed germination.Beside its functions during seed germination, we also evidenced that TCP8 is a negative determinant of seed longevity. Indeed, tcp8.1 and 35S:TCP8 OE seeds exhibited enhanced and reduced longevity, respectively, correlated with an altered seed permeability. We evidenced that these phenotypes went together with an enhanced synthesis of waxes, cutin and suberin monomers in 35S:TCP8 OE and a major defect in endosperm cuticle deposition. In addition, tcp8.1 and 35S:TCP8 OE seeds exhibited enhanced size and weight, and altered silique maturation speed. Finally, as seeds, tcp8.1 and 35S:TCP8 OE etiolated plantlets had lower and higher permeability, respectively. Taken together, these data Indicate that TCP8 may be involved in the establishment of the cuticle layer at different stages of seed and plantlet development.As a whole, the present study shed light on the multiple roles of TCP8 in seed biology and highlights its unexpected antagonistic relationship with other class I TCPs in this context.