Analyse spatiotemporelle du réseau de régulation de l'acide abscissique (ABA) au cours du développement et de la germination des graines

Spatio-temporal analysis of abscisic acid (ABA) regulation network during seed development and germination

• Auteur / Autrice : Paul Schouveiler
• Direction : Jean-Denis Faure
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences végétales
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IJPB - Institut Jean-Pierre Bourgin
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Pôle BEAM: Biomasse, Environnement, Adaptation et Métabolisme
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Germination

Métabolomique

Analyses single cell

Graine

Aba

Aba

Germination

Single cell analysis

Seed

Metabolomics

Résumé

La dormance des graines (une condition physiologique intrinsèque de la graine empêchant sa germination même dans des conditions environnementales favorables) revêt une importance économique majeure en agriculture et la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires sous-jacents constitue un défi scientifique. Le niveau de dormance est régulé par l'interaction hormonale entre l'acide abscissique (ABA) et l'acide gibbérellique (GA). Jusqu'à présent, les recherches se sont concentrées sur la compréhension de la régulation du métabolisme et de la signalisation de l'ABA pendant la maturation en relation avec l'induction et le maintien de la dormance, ainsi que sur le contrôle de la capacité germinative. L'objectif de ce projet de thèse est de caractériser spatialement (au sein des cellules des graines) et/ou temporellement (pendant le développement et la germination) le(s) réseau(s) lié(s) à l'ABA afin de faire progresser de manière significative notre compréhension de la régulation de la dormance/germination des graines d'Arabidopsis thaliana. Nous présenterons de nouvelles approches pour étudier la métabolomique et l'expression des gènes unicellulaires chez des mutants accumulant de l'ABA et défectueux pour la synthèse de l'ABA (WP1 et WP2). Dans un premier temps, nous effectuerons une microdissection laser couplée à une analyse métabolomique ciblée et non ciblée au niveau spécifique d'un groupe de cellules/tissus (WP1). Deuxièmement, du SnRNA-seq sera effectué sur le mutant pour identifier l'expression des gènes liés à l'ABA au niveau d'une seule cellule (WP2). Alternativement, nous proposerons d'effectuer une RT QPCR unicellulaire sur une liste sélectionnée de gènes liés à l'ABA au lieu de snRNAseq (WP2). Pour valider spatialement les données RNAseq unicellulaires, une hybridation in situ sera réalisée sur des gènes candidats sélectionnés. Ces expériences permettront de mieux comprendre les changements métabolomiques associés à la maturation et à la germination des graines, au niveau cellulaire, et nous serons en mesure d'identifier et de valider de nouveaux gènes impliqués dans le réseau lié à l'ABA au niveau cellulaire (WP3). Cette thèse offre des avantages potentiels pour l'industrie de la sélection végétale et pour l'amélioration des pratiques agricoles, ce qui pourrait conduire à des systèmes de culture plus résilients et plus productifs.

Seed dormancy (i.e. a phenomenon where a viable seed does not germinate even under favourable environmental conditions) is of main economic importance in agriculture and the understanding of the underlying cellular and molecular mechanisms is a major scientific challenge. The depth of dormancy is regulated by the finely-tuned hormonal interplay between abscisic acid (ABA) and gibberellic acid (GA). So far, the research focused on understanding the regulation of ABA metabolism and signalling during maturation in relation to dormancy induction and maintenance, as well as the control of germination capacity. The objective of this thesis project is to characterize spatially (within seed cells) and/or temporally (during development and germination) ABA-related network(s) to significantly advance our understanding of dormancy/germination regulation in Arabidopsis thaliana seeds. We will introduce novel approaches to study metabolomics and single cell gene expression in mutants over accumulating ABA, and defective for ABA synthesis (WP1 and WP2). First, we will perform laser microdissection coupled with targeted and untargeted metabolomics analysis at group of cells/tissues specific level (WP1). Second, SnRNA-seq will be performed on the mutant to identify at single cell level ABA-related genes expression (WP2). Alternatively, we will propose to perform single cell RT QPCR on a selected list of ABA related genes instead of snRNAseq (WP2). To spatially validate single cell RNAseq data, in situ hybridization will be performed on selected candidate genes. Those experiments will allow a better understanding of metabolomics changes associated with seed maturation and germination, at the single cell level, and we will be able to identify and validate novel genes involved in ABA-related network at single cell level (WP3). This thesis offers potential benefits for plant breeding industry and for enhancing agricultural practices, which could lead to more resilient and productive crop systems.