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Dernière mise à jour : Mai 2018

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Mécanismes régulateurs de l'acquisition de la survie à l'état sec pendant la maturation

Etude des mécanismes et régulateurs mis en place pendant la maturation qui sont impliqués dans l'acquisition de la tolérance à la dessiccation, la longévité et la tolérance aux stress pendant l'imbibition par des approches transcriptomiques et d'analyse de réseaux de régulation génique couplée à la génomique fonctionnelle.

La caractérisation moléculaire de la maturation de graines de Medicago trunctula

Nous avons découvert que la durée pendant laquelle la longévité est acquise pendant la maturation est exceptionnellement longue chez Medicago truncatula (Chatelain et al., 2012). En effet, entre la fin du remplissage de la graine et son abscission du porte-graine, trois semaines s’écoulent pendant laquelle la longévité augmente de 30 fois. Mettant à profit cette augmentation très progressive de la longévité, nous avons construit un réseau de régulation génique de la maturation et de la phase de dessiccation. La caractérisation physiologique fine des phases tardives de la maturation tardive couplée à une analyse transcriptionelle et création de réseau de co-expression génique a permis l'identification des modules de co-expression liés à la tolérance à la dessiccation et longévité (Verdier et al., 2013). L’analyse topologique du réseau a permis également d’identifier des facteurs de transcription qui sont connectés à ces deux processus. Plusieurs d’entre eux sont en cours de caractérisation au sein de l’équipe.

maturation medicago
reseau regulation Verdier

L’analyse des réseaux de régulation génétique de la maturation vont nous permettre permettent d'identifier les gènes qui correspondent à des nœuds de régulation importants ('hubs') associés à la longévité. Ces données seront confrontés à notre analyse QTL afin d’identifier les gènes majeurs en vue d’une caractérisation fonctionnelle. Le rôle des ces gènes dans la diversité naturelle de la longévité est étudié par une étude de génétique d’association (collaboration J.-M. Prosperi, CRB-Medicago Montpellier) utilisant nos données sur la longévité des 340 écotypes de la core-collection de M. truncatula.

Construction d'un réseau de régulation génique (MatNet) et identification des gènes de réponse aux stress biotiques contrôlant la longévité des graines

Afin d’identifier les gènes régulateurs de la longévité, nous avons construit des réseaux de gènes co-exprimés pendant le développement de la graine de la légumineuse modèle Medicago truncatula en conditions optimales et de stress hydrique et thermique. Ce réseau robuste dénommé « Matnet » a ensuite été corrélé à l’acquisition de la longévité par la graine et comparé aux données massives de transcriptomique chez Arabidopsis. L’inférence de ces réseaux a mis en évidence un module, ou sous-ensemble de 136 gènes, caractéristique de la longévité et conservé chez les deux espèces. Ce module révèle une surabondance de gènes impliqués dans la réponse contre des champignons pathogènes nécrotrophes, tels que les facteurs de transcription WRKY3 and NLFX1. Chez les graines mutantes pour ces gènes, la longévité est affectée et l’expression de gènes de défense est perturbée. De plus, leur expression n’est pas sous le contrôle d’ABI3, un facteur de transcription jouant un rôle central dans le développement de la graine et de la tolérance à la dessiccation survenant en fin de maturation. Ceci suggère l’implication de voies indépendantes de signalisation par l’acide abscissique dans le contrôle de la longévité. Ces résultats constituent un exemple original du phénomène de coadaptation où des gènes régulateurs des défenses passives auraient gagné de nouvelles fonctions en contrôlant la longévité des graines.

 

MatNet

 

Réseaux de régulation de la maturation chez d’autres légumineuses 

L’embryogenèse et le remplissage de la graine de soja ont fait l’objet de nombreuses études transcriptomiques. Cependant, ces données ne prennent pas en compte l’acquisition de la qualité germinative pendant la maturation. C’est pourquoi, en collaboration avec le laboratoire d’Amaral Da Silva (Faculté des Sciences Agronomiques de Botucatu de l’université de l’Etat de Sao Paolo), nous analysons par RNAseq les changements transcriptomiques associés à l’acquisition de la vigueur germinative et la longévité pendant le développement de la graine de soja cultivé en plein champs.

maturation soya

Alors que les graines des espèces dites 'orthodoxes' deviennent tolérantes à la dessiccation pendant la maturation, les graines dites 'récalcitrantes' restent sensibles. Ces graines (ex cocotier, palmier à l’huile) posent de réels problèmes de conservation à long terme. Pour élucider des mécanismes impliqués dans la tolérance à la dessiccation, nous avons entamé une analyse comparative du développement de deux légumineuses : M. truncatula (orthodoxe) et Castanospermum australe (récalcitrant).

Castano and medicago seeds

Seeds of Medicago truncatula and Castanospermum australe

La comparaison du LEAome a démontré que certaines protéines de type LEA sont absentes ou faiblement accumulées dans les graines matures de  C. australe. De plus, le protéome LEA de cette espèce ressemble à celui du mutant Medicago Mtabi3, déficient pour un des régulateurs majeurs du développement des graines orthodoxes, ABI3 (Delahaie et al., 2013). Le séquençage du transcriptome des graines matures de C. australe par Illumina nous a permis d’obtenir 18000 contigs dont 65% ont été annotés. Les données ont été utilisées pour produire des puces à ADN spécifiques à C. australe que nous avons utilisé pour étudier l’évolution du transcriptome pendant le développement de ces graines récalcitrantes. Ces travaux sont effectués en collaboration avec J. Farrant (Univ Cape Town, Afrique du Sud) et H. Hilhorst (Wageningen University, Pays-Bas).

Voir aussi

Ici, l'autre volet de recherche de l'équipe