L’endoréduplication dans le développement du fruit de tomate : de la structure à la croissance cellulaire

par Matthieu Bourdon

Thèse de doctorat en Biologie végétale

Sous la direction de Jean-Pierre Renaudin.

Soutenue le 13-01-2011

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le président du jury était Christian Chevalier.

Le jury était composé de Jean-Jacques Bessoule, Spencer Brown.

Les rapporteurs étaient Janice de Almeida, Jan Traas.


  • Résumé

    Le développement du fruit de tomate s’accompagne d’un phénomène d’endopolyploïdisation(amplification de l’ADN en l'absence de mitose) associé à la croissance cellulaire. Au stade vert mature huit niveaux de ploïdie sont présents (2C à 256C) dans le péricarpe.Une première partie du travail a porté sur l’étude de la distribution spatiale des niveaux de ploïdie dans ce tissu. Cet objectif a nécessité la mise au point d’une méthode originale de détermination de la ploïdie in situ reposant sur la technique de BAC-FISH. Nous avons montré que les cellules les plus polyploïdes se situent dans les assises internes du péricarpe, et qu’elles sont aussi les plus grandes. Ces cellules semblent déjà formées au moment de l’anthèse. Cette cartographie de la ploïdie associée à une analyse de la taille cellulaire a également montré que la taille finale des cellules ne dépend pas uniquement de leur niveau de ploïdie mais également de leur position dans le péricarpe. Enfin, nos résultats suggèrent que l’endopolyploïdisation précède la croissance cellulaire.Dans une deuxième partie du travail, nous avons étudié la structure des noyaux en microscopie à fluorescence et électronique. L’endopolyploïdisation affecte profondément la taille et la forme des noyaux, qui acquièrent un volume important et une forme complexe avec de profondes invaginations. La taille du nucléole augmente avec celle du noyau, ce qui suggère une activité de transcription accrue. De plus, la présence de nombreuses mitochondries à proximité des noyaux polyploïdes suggère une forte activité métabolique en lien avec l’endopolyploïdisation. L’utilisation de la méthode BAC-FISH a permis également de montrer que la polyploïdie se faisait par endoreduplication avec la formation de chromosomes polytènes.Dans une troisième partie nous avons cherché, en criblant une banque de mutants Micro-Tom, à identifier des lignées affectées dans l’endoreduplication afin d’étudier l’impact de ce phénomène sur la vitesse de croissance du fruit. Nous avons caractérisé plusieurs familles dont les niveaux moyens de ploïdie variaient par rapport à la lignée de référence. Une de ces familles présente un phénotype stable au cours de deux générations, avec une augmentation d’au moins 30 % de la ploïdie moyenne et une augmentation de la taille des cellules du péricarpe. Cependant cette famille présentant aussi un développement relativement parthénocarpique de ses fruits, sa caractérisation n’a pas pu être poursuivie dans le cadre de ce travail.


  • Résumé

    Tomato fruit development includes massive endopolyploidisation events (DNA duplication inthe absence of mitoses) within pericarp cells, in which 8 DNA levels from 2 C to 256 C are detected atmature green stage.The first part of this work dealt with the study of the spatial distribution of ploidy levels inpericarp. To achieve this purpose, a new method for in situ ploidy assessment was set up using aBAC-FISH protocol. The main results are 1/ the most polyploid cells are located in central mesocarpcell layers; 2/ the most polyploid cells are also the largest cells; 3/ these cells are likely to be alreadypresent in ovary at anthesis. Ploidy mapping has also shown that the final cell size does not dependonly on ploidy level but also on cell location in pericarp, and that endopolyploidization is likely set up intissues before cell expansion.The structure of the polyploid nucleus was studied by using fluorescence microscopy andelectron microscopy. Endopolyploidization profoundly modifies the size and shape of nuclei, whichbecome much larger and acquire a complex shape with deep invaginations. Nucleolus size increases,which is likely related to transcriptional increase. Moreover, the presence of numerous mitochondria inthe close vicinity of the nuclear membrane reinforces the hypothesis of increased nuclear andmetabolic activity in polyploid cells. The BAC-FISH in situ method for ploidy assessment also revealedthat endopolyploidization proceeded through polyteny.In the last part of this work, we screened a tomato Micro-Tom tilling bank for mutants affectedin endopolyploidization. The aim was to use tomato lines with distinct ploidy levels to check theinfluence of ploidy on fruit growth rate. Several mutant families were identified with moderatelyincreased ploidy levels. One of these families exhibited transmissible phenotype through 2generations, with ploidy increased by ca. 30 % and increased pericarp cell size. As these mutants hadalso a strongly pronounced parthenocarpic phenotype, their characterization could not be furtheradvanced in the frame of this work.


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