Natural variation for growth in Arabidopsis thaliana

par Daniela-Loredana Vlad

Thèse de doctorat en Sciences biologiques

Sous la direction de Olivier Loudet.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

  • Titre traduit

    Variabilité naturelle pour la croissance chez Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    La croissance des plantes sous contrainte environnementale représente un enjeu important dans la plupart des systèmes agricoles, particulièrement dans les pays en voie de développement. Les sélectionneurs manquent de cibles moléculaires (des gènes dont la fonction et le rôle serait connu) pour ajuster leurs programmes de sélection et utiliser la variabilité efficace. Le but du travail proposé est d'analyser l'architecture génétique de la croissance foliaire (au travers de la surface foliaire) par une stratégie de génétique quantitative (cartographie de QTL - Quantitative Trait Loci), suivie du clonage positionel des loci les plus intéressants. Une fois le gène causatif identifié, le but est de comprendre le lien entre la variation de séquence et la variation fonctionnelle et physiologique. Les outils traditionnels de génétique moléculaire et de génomique (transcriptomique, mutants knock-out ou tilling, test de complémentation, transgénèse) sont utilisés pour identifier la fonction du gène et confirmer le mécanisme de son implication dans le phénotype observé. L'analyse moléculaire et fonctionnelle de la variation contrôlant les phénotypes observés en interaction avec l'environnement permet d'accumuler des informations sur la façon dont l'évolution façonne la variabilité naturelle. L'analyse de la variabilité naturelle pour la croissance foliaire dans une population de RILs (Bur-0 x Col-0) a conduit à l'identification de loci d'intérêt. Le QTL EGO2 a été détecté sur le chromosome 4 et son effet en HIF (Heterogeneous Inbred Families) est masqué par l'effet de SG3 (Shoot Growth - 3), un QTL qui n'a pas été détecté au départ à cause d'une interaction épistatique avec un autre locus (SG3i). SG3 possède pourtant un effet phénotypique majeur, y compris un phénotype de teneur en chlorophylle très visible in vivo (en serre). La cartographie fine en a été d’autant plus efficace et un gène codant pour une oxydore��ductase putative a été identifié comme responsable de cette variation ; à ce locus, Bur-0 possède un polymorphisme (délétion d’1 pb changeant le cadre de lecture et conduisant à un stop précoce) qui est très certainement causal. L’interaction avec SG3i s’explique par une duplication fonctionnelle du gène à ce locus chez Bur-0. Le mécanisme génétique contrôlant ce caractère reste à élucider. SG1 (Shoot Growth - 1) possède aussi un effet phénotypique important, mais qui doit être confirmé en descendance de plantes fixées pour le locus (les plantules descendants d'une plante hétérozygote au locus ne ségrégent pas directement pour le phénotype). La région candidate à été délimitée à un intervalle de 8 kb qui ne contient qu’un seul gène et dont la fonction est inconnue. Aucun polymorphisme majeur de séquence n’a été détecté dans la région candidate, mais la séquence codante présente un (épi-)polymorphisme de méthylation important. De plus, un mutant T-DNA dans le gène candidat montre un phénotype similaire au QTL, lorsque fixé à l’état homozygote depuis plus d’une génération. L’analyse de ces QTL montre que l’architecture génétique de caractères quantitatifs peut être plus complexe que ne le laissait penser la plupart des exemples qui ont été décrits jusqu’à présent.


  • Résumé

    Not only do plants represent an essential food source, but they are also an important source of renewable materials and molecules. In this context, plant growth, and consequently yield, is an important parameter of tomorrow’s agriculture and society in many ways. Also fundamental to our understanding of evolution, plant growth is an extremely complex process under the influence of many factors from virtually any aspects of plant biology. The genetic analysis of natural variation allows the discovery of allelic variants at previously known genes or new genes affecting quantitative traits. We aimed at identifying genes underlying natural variation for shoot growth using a quantitative genetics approach (QTL mapping). The analysis of shoot growth variation from a Bur-0 x Col-0 Recombinant Inbred Line (RIL) set, led to the identification of two loci, SG1 (Shoot Growth-1) mapped at the top of chromosome 5 and SG3 (Shoot Growth-3) results from allelic variation in the genomic region underlying a QTL predicted between 14 and 15 Mb on chromosome 4. SG3 was not visible in the RIL population due to an epistatic interaction with another locus SG3i (SG3-interactor), and because it was very likely counter-selected. Fine-mapping and complementation revealed the gene responsible for the phenotype, a stromal oxidoreductase affecting photosynthetic electron transfer rate, which was duplicated in Bur-0 but not in Col-0. We show that natural variation at the SG3 locus is explained by the divergent evolution of a (dispersed) single gene duplication causing the transposition of the functional copy of the gene in Bur (compared to Col). The presence of the Col allele at SG1 has severe phenotypic consequences. The candidate region for SG1 has been reduced to ~ 8 kb containing only one gene of unknown function and no major sequence polymorphism. On the other hand, the two alleles at SG1 show important DNA-methylation contrast. Even though we tend to think that SG1 is the effect of an epiallele, so far the genetic mechanism is not understood. The analysis of these QTLs revealed new genes affecting plant growth, and allows us to draw an always more complex picture of the architecture of quantitative traits.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (4-V-92 f.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)279
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.