Characterization of NAM/CUC3-related genes from oil palm (Elaeis guineensis L.) and factors regulating their expression during in planta and in vitro development

par Rashad Waseem Khan Qadri

Thèse de doctorat en Biologie Intégrative des Plantes

Sous la direction de James Tregear.

Soutenue le 20-09-2011

à Montpellier 2 , dans le cadre de Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015) , en partenariat avec DIADE - Diversité et Adaptation et Développement des plantes (laboratoire) .

Le jury était composé de James Tregear, Christian Jay-allemand, Joël Crèche, Stefan Jouannic.

Les rapporteurs étaient Charlie Scutt, Anne-sophie Blervacq.

  • Titre traduit

    Caractérisation des gènes NAM/CUC3 de palmier à huile (Elaeis guineensis L.) et des facteurs régulant leur expression au cours du developpemènt in planta et in vitro.


  • Résumé

    Le développement des plantes repose sur le fonctionnement des méristèmes qui sont à la base de la production des organes durant toute la vie post-embryonnaire de la plante. Ce développement repose également sur la définition de frontières d'une part entre les méristèmes et les organes et d'autre part entre les organes. Les gènes NAM/CUC3 de la famille de facteur de transcription à domaine NAC et leur microARN régulateur miR164, jouent un rôle important dans de tels mécanismes chez les eudicotylédones. En plus de leur rôle dans la définition de frontières, ces gènes sont nécessaires à la formation du méristème apical durant l'embryogenèse, et au contrôle de l'architecture de la plante et de ses organes. Sur la base des connaissances acquises chez les eudicotylédones, se posait la question de la conservation de ces gènes et de leur régulation ainsi que leur implication dans le contrôle du développement chez les palmiers (Arecales, Arecaceae) et, de façon plus large, chez les monocotylédones. Dans ce contexte, trois gènes similaires aux gènes NAM/CUC3 ont été isolés chez le palmier à huile (Elaeis guineensis L.), EgNAM1, EgNAM2 et EgCUC3. Ces gènes sont exprimés dans les tissus méristématiques végétatifs et reproducteurs. Notre analyse a révélée une conservation du module de régulation NAM-miR164 chez cette espèce et une divergence en terme de domaine d'expression entre monocotylédones et eudicotylédones, qui pourrait être associée à des différences majeures des régions cis-régulatrices des gènes NAM. L'analyse des profils d'expression des gènes NAM/CUC3 au cours de l'embryogenèse somatique précoce indique des similarités entre le palmier à huile, le maïs et le riz, ainsi qu'une conservation de la régulation via l'auxine comme observé chez Arabidopsis thaliana. Cependant, même si une régulation post-transcriptionnelle via miR164 a été détectée au cours de l'embryogenèse somatique, la répression par l'auxine semble essentiellement transcriptionelle.


  • Résumé

    Plant development depends on functioning of meristems, which are at the base of organ production during the post-embryonic phase. The development depends also on the definition of boundaries between meristem and primordia but also between organs. NAM/CUC3 genes belonging to the NAC domain transcription factor family and their microRNA regulator miR164 play an important role in these mechanisms in eudicot species. In addition to their role in boundary definition, they are involved in the establishment of the shoot apical meristem during embryogenesis and in the control of the plant and organ architectures. On the basis of data from eudicot species, the conservation of these genes and their regulation, and their involvement in meristem functioning in palm species (Arecales, Arecaceae) and more generally in monocot species was still an open question. In this context, three NAM/CUC3-related genes have been isolated in oil palm (Elaeis guineensis L.), EgNAM1, EgNAM2 and EgCUC3. Theses genes are expressed in both vegetative and reproductive meristematic tissues. Our analysis revealed the conservation of the NAM-miR164 regulatory module in this species and a divergence in term of expression pattern between monocots and eudicots, which may be related to differences in cis-regulatory regions of NAM genes. In contrast the expression pattern of NAM/CUC3 during somatic embryogenesis indicates similarity in the timing of expression between oil palm, maize and rice and also a conservation of the auxin-dependent regulation of NAM genes during this developmental phase as observed in Arabidopsis thaliana. However, even if miR164-dependent post-transcriptional regulation of NAM genes was detected during somatic embryogenesis, auxin-dependent repression seems to be essentially through transcriptional regulation.


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