Etude des différents niveaux de régulation du stress oxydatif chez Hevea brasiliensis : implication des miRNAs

Oxidative stress regulation levels in hevea brasiliensis : miRNAs involvement

• Auteur / Autrice : Virginie Gebelin
• Direction : Pascal Montoro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Intégrative des Plantes
• Date : Soutenance le 04/04/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AGAP - Amélioration Génétique et Adaptation des Plantes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Montoro, Martine Boccara, Christophe Robaglia, Dominique Garcia, Nicolas Bouché, Alain Rival
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Martine Boccara, Christophe Robaglia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hevea brasiliensis

Mots clés libres

Hevea brasiliensis

Micro-ARN

Séquençage haut debit

Stress abiotique

Expression de gène

Rubber tree

Micro-RNA

Next generation sequencing

Abiotic stress

Gene expression

Résumé

Hevea brasiliensis est cultivé pour le caoutchouc naturel contenu dans le latex. Une exploitation intensive combinée aux stress environnementaux affectent la production de latex. L'encoche sèche ou Tapping Panel Dryness (TPD) est déclenché par un désordre physiologique complexe au sein des laticifères. Il est responsable d'une perte annuelle de production de 10 à 40% en fonction de l'âge de la plantation et des clones d'hévéa utilisés Le stress oxydatif, point de départ de la maladie, affecte l'écoulement, par la coagulation in situ des particules du caoutchouc. Chez les plantes, la réponse adaptative aux stress abiotiques dépend de la finesse de la régulation de l'expression des gènes. Ce contrôle se fait au niveau transcriptionnel mais également au niveau post-transcriptionnel. Les micro-ARNs jouent un rôle crucial en menant les ARN messagers cibles à la dégradation ou au blocage de leur traduction L'objectif de cette thèse est de comprendre et d'identifier la régulation du stress oxydatif en étudiant l'implication des micro-ARNs en réponse aux stress abiotiques et suite à l'apparition du TPD chez l'hévéa. L'isolement et le séquençage à haut débit de petits-ARNs ont permis l'identification de micro-ARNs d'hévéa. Dans un premier temps, une banque de petits ARNs a été effectuée à partir de vitroplants soumis ou non à des stress abiotiques, à laquelle s'est ajoutée dans un second temps deux banques fabriquées à partir de latex d'arbres en exploitation atteints ou non par le TPD. L'analyse de la population de petits ARNs montre une diminution de la taille des séquences en réponse à la maladie, la majorité des séquences de petits ARNs de latex étant de 21 nucléotides chez les arbres malades et 24 nucléotides chez les arbres sains. En combinant le pipeline LeARN et les données transcriptomiques, soixante huit familles de micro-ARNs conservés entre les espèces et quinze nouvelles familles de micro-ARNs ont été identifiées chez l'hévéa. Les gènes codant pour la voie de biogenèse des micro-ARNs sont présents dans le latex, suggérant leur production dans ce compartiment cellulaire particulier. L'identification des séquences de trente précurseurs de micro-ARNs ont permis d'étudier l'expression des gènes MIR en réponse aux stress abiotiques et en réponse au TPD. Les gènes MIR étudiés sont différentiellement exprimés chez des hévéas immatures en réponse au stress abiotiques et aux traitements par l'éthylène et le méthyl-jasmonate. L'abondance relative de transcrits des gènes MIR est fortement réduite par le TPD dès 5% de longueur d'encoche sèche à l'exception d'un gène.Les cibles potentielles des 83 familles de micro-ARNs ont été prédites. Ces micro-ARNs sont impliqués dans les voies de détoxication des espèces activées de l'oxygène, dans les voies de biosynthèse du caoutchouc naturel, dans les voies de biosynthèse et de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. Trois cibles ont été validées expérimentalement dont la CuZnSOD chloroplastique, enzyme importante du système antioxydant.

Hevea brasiliensis is cultivated for natural rubber produced in latex cells. Intensive harvesting systems combined with environmental cues affect latex production. The Tapping Panel Dryness (TPD), a complex physiological disorder, causes a loss of production of 10-40%. Oxidative stress, starting point of the disease, affect latex flow because of in situ coagulation of rubber particles. In plants, the adaptation to abiotic stress relies on the fine tuning of the gene expression at the transcriptional and post-transcriptional levels. MicroRNAs play a crucial roles leading to mRNAs degradation or repression of their translation.The aim of this thesis is to understand and identify the regulation of the oxidative stress by studying the involvement of microRNAs in the regulation of abiotic stress and TPD occurrence in Hevea. Isolation and high-throughput sequencing of small RNAs allowed identifying Hevea microRNAs. Firstly, a small RNA library was constructed from in vitro plantlets subjected or not to abiotic stress, and secondly, two others small RNA libraries were constructed with latex from healthy and TPD-affected trees. Analyses of the small RNA population showed a decrease in the size of the reads in response to TPD, the majority of the small RNAs from latex being 21 nucleotides in TPD-affected trees and 24 nucleotides in healthy trees. Combining the LeARN pipeline and transcriptomic data, sixty eight microRNAs families conserved between plant species and fifteen new families were identified in Hevea. Genes involved in microRNA biogenesis are present in latex suggesting their production in this particular cellular compartment. Identification of thirty precursors of microRNAs allowed the expression analyses of the corresponding MIR genes in response to abiotic stress and upon TPD occurrence. MIR genes are differentially expressed in young plants in response to abiotic stress and in response to ethylene and methyl jasmonate treatments. Moreover, relative transcript abundance of MIR genes is strongly repressed upon TPD occurrence a soon as 5% of dry cut length except for one MIR gene.Putative targets were predicted for the 83 families. MicroRNAs are involved in ROS detoxification, natural rubber biosynthesis, ethylene and jasmonate biosynthesis and signalling pathways. Three targets were experimentally validated including the chloroplastic isoform of CuZnSOD, which is an important enzyme of the ROS-scavenging system.