Evolution de la composition génétique du tissu nourricier de la graine : Double fécondation, polysporie et empreinte parentale

Evolution of the genetic make-up of seed nutritives tissues

• Auteur / Autrice : Aurélie Cailleau
• Direction : Thomas Lenormand, Olivier Cheptou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des populations et écologie
• Date : Soutenance le 13/12/2010
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Lenormand, Olivier Cheptou, Bernard Godelle, Denis Roze
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Berger, Xavier Vekemans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Substances de réserve des semences

Graines

Plantes -- Fécondation

Mots clés libres

Ressources

Mutations délétères

Allocation

Conflits

Empreinte parentale

Double fécondation

Resources

Deleterious mutations

Allocation

Conflicts

Genomic imprinting

Double fertilization

Résumé

Chez les plantes à graine, l'albumen est un tissu nourricier surprenant, puisqu'il résulte de la double fécondation, qui est la fécondation concomitante de l'oosphère d'une part, et de la cellule mère de l'albumen, la cellule centrale, d'autre part. Dans cette thèse, nous étudions les pressions de sélection qui déterminent l'évolution de l'albumen et pourraient expliquer l'évolution (1) de la double fécondation, (2) d'un doublement des contributions maternelles dans la cellule centrale, (3) de la polysporie, qui consiste en la participation de plusieurs produits de méiose à la formation du gamétophyte, et (4) de l'empreinte parentale, l'expression différentielle des allèles maternels et paternels.Ces innovations modifient l'hétérozygotie dans le tissu nourricier et par conséquent, ont le potentiel de changer l'hétérosis de la graine. Dans cette thèse, nous commençons par étudier comment les changements génétiques qui découlent de la double fécondation, du doublement des contributions maternelles, de la polysporie et de l'empreinte parentale modifient l'hétérosis, ce qui peut jouer en faveur ou en défaveur de leurs évolutions. Puis, nous faisons une revue des données disponibles dans la littérature pour tester si ces traits sont le résultat d'un conflit mâle-femelle sur l'allocation des ressources. Enfin, nous étudions de manière expérimentale les patrons de l'allocation des ressources chez le maïs, pour tester si les embryons sont en compétition pour les ressources, ce qui est une des conditions nécessaires pour qu'un conflit sur l'allocation des ressources ait lieu.Nos modèles théoriques nous permettent de décrire un conflit mâle-femelle sur l'exposition des allèles délétères dans les tissus pour lesquels l'expression des gènes est asymétrique. Ce conflit n'avait jamais été décrit auparavant, et ouvre de nouvelles perspectives pour la compréhension de l'évolution de l'expression génétique. L'analyse des données indique que les théories alternatives à la théorie du conflit sur l'allocation des ressources ont parfois un bon pouvoir explicatif, et méritent par conséquent d'être d'avantage explorées. Enfin, notre étude expérimentale sur le maïs montre que la compétition entre embryons est prédominante lors de l'allocation des ressources chez cette espèce, ce qui est concordant avec les prédictions de la théorie du conflit sur l'allocation.

In seed plants, the endosperm is a surprising nutritive tissue, because it results from double fertilization, an eccentricity which results from the parallel fertilization of the egg cell on the one hand, and of the mother cell of the endosperm, the central cell, on the other hand. In this thesis, we study the selective pressures which drive the evolution of the endosperm and may explain the evolution of (1) double fertilization, (2) a doubling of maternal contributions in the central cell, (3) polyspory, the participation of several meiotic products to the gametophyte and (4) imprinting, the differential expression of maternal and paternal alleles. These innovations modify heterozygosity in the endosperm and as a consequence, have the potential to change heterosis in the seed. In this thesis, we first investigate how genetic changes that result from double fertilization, doubling of maternal contribution, polyspory and imprinting modify heterosis, which may play in favour or against the evolution of these traits. Second, we review the available data to test whether these traits are the result of a male-female conflict over resource allocation. Finally, we study experimentally patterns of resource allocation in maize to assess whether embryos compete for resources, which is a necessary condition for the conflict over resource allocation to occur. Our theoretical models allow us to describe a male-female conflict over the exposition of deleterious alleles in tissues with asymmetrical gene expression. This conflict had never been described before and opens perspectives for understanding the evolution of gene expression. We conclude from our analysis of data that theories which are alternative to the conflict theory over resource allocation may have a better explanatory power and therefore deserve to be further explored. Finally, our experimental study in maize shows that competition between embryos drives resource allocation in this species, which is consistent with predictions of the conflict over resource allocation theory.