Etude de gènes de type MADS-box chez le riz, homologues des gènes du clade AGL17-like d’Arabidopsis thaliana

Analysis of the AGL17-like clade MADS box transcription factors in rice.

• Auteur / Autrice : Jérôme Puig
• Direction : Pascal Gantet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 15/12/2011
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGAP - Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Gantet, Claudine Franche, Veronique Gruber, Emmanuel Guiderdoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Rameau, Françoise Monéger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Facteurs de transcription

Riz

Mots clés libres

Facteur de transcription

Développement

Riz

Réseau

Mads

AGL17-like

Transcription factor

Development

Rice

Network

Mads

AGL17-like

Résumé

L'objectif de mon travail de thèse a consisté à étudier la fonction chez le riz d'une famille de facteurs de transcription de type MADS box (OsMADS23, OsMADS25, OsMADS27, OsMADS57 et OsMADS61) homologues au clade AGL17-like d'Arabidopsis thaliana dans le développement du riz. Dans un premier temps, nous avons recherché les profils d'expression des différents gènes étudiés. Nous avons pu mettre en évidence que les gènes OsMADS23, OsMADS25 et OsMADS27 sont des gènes principalement exprimés dans la racine au niveau du cylindre central, OsMADS57 dans les parties aériennes et OsMADS61 au niveau des bases de tige. Nous avons pu également montrer que l'expression de ces gènes est différente en réponse aux stress salin et osmotique, aux hormones et au nitrate. Ceci suggère que ces gènes possèdent des fonctions distinctes et non redondantes.Mon travail s'est ensuite focalisé sur l'étude fonctionnelle du gène OsMADS25 dont l'expression est spécifiquement détectée dans le cylindre central des racines. Le mutant d'insertion Osmads25 présente un phénotype aérien caractérisé par une réduction drastique du nombre de talles, et un phénotype racinaire caractérisé par une diminution importante du nombre de racines adventives. Ce phénotype a pu être mimé par la création de lignées transgéniques sur-exprimant l'ADNc de OsMADS25 en fusion avec le motif dominant-répresseur de la transcription « EAR ». Ces résultats ainsi que la complémentation du mutant Osmads25 par surexpression de l'ADNc correspondant montre que OsMADS25 agit en tant qu'activateur est un régulateur positif du développement des méristèmes axillaires et de racines adventives chez le riz, agissant probablement des racines aux bases de tiges via une voie de signalisation systémique. Des études complémentaires de phénotypage du mutant au niveau histologique sont en cours afin de préciser le rôle joué par OsMADS25 sur l'initiation ou le développement des méristèmes axillaires. Des analyses de qRT-PCR dans les fonds mutant et sauvage ont montré que ce gène est impliqué dans le développement du riz via une voie de signalisation indépendante des strigolactones. En revanche, l'expression de facteurs de transcription comme OsNAC2 et MOC1, connus pour être impliqués dans le développement des talles ou de CRL1, un régulateur de l'initiation des primordia de racines adventives est atténuée chez les mutant Osmads25 suggérant qu'OsMADS25 pourrait, au moins en partie, directement ou indirectement réguler l'expression de ces gènes. Enfin, des analyses de transcriptome différentiel entre Osmads25 et le fond sauvage ont révélé l'inhibition de l'expression chez le mutant de 60 gènes dont neuf ont une fonction relative à des mécanismes de sécrétion, de transport d'auxine, ou de développement. De manière intéressante, l'un d'entre eux RCN4/Oscen4, appartient à une famille de protéines mobiles connues pour réguler l'activité des méristèmes et qui pourrait constituer un relais moléculaire systémique entre les racines et les bases de tiges permettant d'expliquer le phénotype contrôlé par OsMADS25.

The aim of this work was to study AGL17-like clade MADS box transcription factors (OsMADS23, OsMADS25, OsMADS27 and OsMADS61) in rice development. First, we analyzed expression patterns of the different genes. We showed that OsMADS23, OsMADS25 and OsMADS27 are mainly expressed in the central cylinder of roots; OsMADS57 in aerial parts and OsMADS61 in stem base. Then, we showed that all these have a different response to osmotic and salt stresses, nitrate and hormone. This suggests that these genes have distinct and no redundant functions. My work focused on functional characterization of OsMADS25 which is specifically expressed in root stele. T-DNA mutant Osmads25 presents aerial phenotype characterized by drastic reduction of culm number; and also a root phenotype characterized by a strong decrease of adventitious root number. This phenotype was mimicked by the creation of transgenic lines overexpressing cDNA OsMADS25 in fusion with the “EAR” motif, which acts as a dominant repressor of transcription. These results added to mutant complementation by overexpression of corresponding cDNA show that OsMADS25 acts as an positive regulator of axillary meristem and nodal root development in rice; acting probably from root to stem base via a systemic pathway. Complementary studies as regards mutant microscopic phenotyping are in progress to precise the role acting by OsMADS25 on initiation or development of axillary buds. RT-qPCR analyses showed that this gene is involved in rice development by an strigolactones-independent pathway. On the other hand, expression if transcription factors as OsNAC2 and OsMOC1, known to be involved in tiller development, or as CRL1, regulator of adventitious root primordia initiation, are decreased in Osmads25; suggesting that OsMADS25 could directly or indirectly regulate expression of these genes. Eventually transcriptomic analyses between Osmads25 and WT revealed inhibition of expression of 60 genes which 9 have relative function to secretion mechanism, auxin transport or development. Interestingly, one of its, RCN4/Oscen4 belonging to mobile protein family known to regulate meristem activity and which could constitute a systemic molecular intermediary between root and stem base allowing to explain the controlled phenotype by OsMADS25.