Functional charaterization of CmWIP1 gene in the sex determination pathway of Cucumis melo using Arabidopsis thaliana as a model system

par John Saviour Yaw Eleblu

Thèse de doctorat en Biologie

Le président du jury était Michel Dron.

Le jury était composé de Abdelhafid Bendahmane, Abdullah Abdulrahman Alsadon, Michel Dron, Martine Boccara, Mohamed Zouine, Adnane Boualem.

Les rapporteurs étaient Martine Boccara, Mohamed Zouine.

  • Titre traduit

    Caractérisation fonctionnelle de CmWIP1, gène de la voie du déterminisme du sexe chez le melon (Cucumis melo) en utilisant Arabidopsis thaliana comme système modèle


  • Résumé

    Les gènes des doigts WIP-zinc provenaient de l'établissement de l'évolution rapide du clade Viridiplantae de bryophytes et ptéridophytes. Depuis les bryophytes ancestrales des premières plantes terrestres deux clades principaux ont evolveld, basé sur notre analyse cladistique de la partie C-terminale des WIP. Le thème commun et le caractère démontré par les protéines à doigts de zinc AtWIP sont mis en évidence par leurs découvertes dans des rôles régulateurs de croissance et de développement orgue. Cependant, la protéine moléculaire interagissant partenaires et les mécanismes par lesquels les fonctions de WIP sont orchestrés restent encore inconnues. Ici, nous montrons les interactions entre protéines moléculaires et des modes de localisation sub-cellulaire de CmWIP1 et ses interacteurs pour élucider son rôle de régulateur dans le sexe détermination Cucumis melo fleurs. Sur la base des interactions levures deux écran hybride de protéine-protéine de la banque d'ADNc de melon généré, nous déclarons que la protéine interagit physiquement CmWIP1 très fortement avec CmbZIP et CmLHP1. Aussi interaction n'a été observée avec le complexe CKII en C. melo qui se compose de CmCKIIα, CmCKIIβ1 et CmCKIIβ2 sous-unités. Approches de génétique inverse ont été utilisées pour tenter de valider fonctionnellement les interacteurs clés in planta. Le passage d'homme à fleurs femelles en traits gynoïques résultats de répression épigénétique de l'expression d'un facteur de doigt de zinc de type de transcription, CmWIP1 situé au niveau des loci g dans Cucumis melo. Lorsqu'elle est exprimée, CmWIP1 est responsable de l'avortement carpien entraînant simples fleurs mâles sexués d'une origine bisexuel initial. La surexpression de CmWIP1 (sous promoteur 35SCaMV) chez Arabidopsis thaliana a donné lieu à des plantes présentant un retard de croissance global du-et-dessus des parties sous-sol plantes, feuilles dentelées vrais, des anomalies de croissance floraux et sillique ainsi que médiocre rendement des semences. 35S: CmWIP1 lignées d'insertion développés ont été surveillés en permanence et phénotypées sur T1 à T4 générations pour la stabilité de la dentelure phénotype feuilles. Fait intéressant, deux autres lignes sur-expression portant AtWIP1 et AtWIP2 causés dentelures des feuilles semblables à celles de CmWIP1 surexpression tout sous promoteurs 35SCaMV. Deux lignées stables homozygote pour 35S: CmWIP1 insertion ont été sélectionnés à la génération T4 et muté à 0,3% EMS. Un millier de vracs lignées familiales m2 (5 plants par vrac) ont été examinés pour les personnes réversion avec des feuilles non dentelée et taux de croissance restaurés. Écrans stade végétatif révélé deux révertants putatifs et 7% albinos. Les écrans suivants pour révertants ont été réalisées à des stades de reproduction et également pour les essais de la longueur des racines primaires ont été réalisées afin de valider révertants putatifs. Révertants putatifs familles ont encore été validés en tant que candidats pour la cartographie suppresseur par séquençage Sanger de la 35S :: CmWIP1 insertion par le dépistage de la séquence des mutations qui pourraient être la mutation causale.


  • Résumé

    The WIP-zinc finger genes originated from the early evolutionary establishment of the Viridiplantae clade from bryophytes and pteridophytes. From the ancestral bryophytes the first terrestrial plants two main clades have evolveld, based on our cladistic analysis of the C-terminal part of the WIPs. From the in silico analysis, CmWIP1 encodes are largely bi-partite protein in nature with the N-terminal acquired for protein-protein interactions whilst the C-terminal part is possibly mainly for DNA binding and some unknown processes involved in chromatin modulation/regulation (the presence of POST-SET domains). The common theme and character demonstrated by the AtWIP-Zinc finger proteins are highlighted by their discoveries in regulatory roles of organ growth and development. However, the molecular protein interacting partners and mechanisms by which the WIP functions are orchestrated still remain unknown. Here we show molecular protein interactions and sub-cellular localization patterns of CmWIP1 and its interactors to elucidate its regulatory role in the sex determination Cucumis melo flowers. Based on the protein-protein interactions yeast two hybrid screen of the melon cDNA library generated, we report that CmWIP1 protein physically interacts very strongly with CmbZIP and CmLHP1. Also interactions were observed with the CKII complex in C. melo which is made up of CmCKIIα, CmCKIIβ1 and CmCKIIβ2 subunits. CmWIP1 also interacts with CmTHF1 and CmPTR. Reverse genetic approaches were utilized in attempts to functionally validate the key interactors in planta. The transition from male to female flowers in gynoecious lines results from epigenetic repression of the expression of a zinc finger type transcription factor, CmWIP1 located at the g loci in Cucumis melo. When expressed, CmWIP1 is responsible for carpel abortion resulting in single sexed male flowers from an initial bisexual origin. Over-expression of CmWIP1 (under 35SCaMV promoter) in Arabidopsis thaliana resulted in plants with overall growth retardation of above- and under-ground plant parts, serrated true leaves, floral and sillique growth abnormalities as well as poor seed yield. 35S:CmWIP1 insertion lines developed were continuously monitored and phenotyped over T1 to T4 generations for stability of the leaf serration phenotype. Interestingly, two other over-expression lines carrying AtWIP1 and AtWIP2 caused leaf serrations similar to that of CmWIP1 overexpression all under 35SCaMV promoters. Two stable lines homozygote for 35S:CmWIP1 insertion were selected at the T4 generation and mutagenized with 0.3 % EMS. A thousand bulks of M2 family lines (5 plants per bulk) were screened for revertant individuals with unserrated leaves and restored growth rates. Vegetative stage screens revealed both putative revertants and 7 % albinos. Subsequent screens for revertants were carried out at the reproductive stages and also for primary root length assays were carried out to validate putative revertants. Putative revertants families were further validated as candidates for suppressor mapping via Sanger sequencing of the 35S::CmWIP1 insert by screening of the sequence for mutations which could be the causative mutation.


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