Functional characterization of WIP transcription factors in Arabidopsis thaliana

par Farhaj Izhaq

Thèse de doctorat en Biologie

Sous la direction de Abdelhafid Bendahmane.

Soutenue le 09-04-2014

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences du Végétal (1992-2015 ; Orsay, Essonne) , en partenariat avec Unité de recherche en génomique végétale (Evry) (laboratoire) .

Le président du jury était Michel Dron.

Le jury était composé de Abdelhafid Bendahmane, Michel Dron, Catherine Dogimont, Mohamed Zouine, Pierre Hilson.

Les rapporteurs étaient Catherine Dogimont, Mohamed Zouine.

  • Titre traduit

    Caractérisation de facteurs de transcription WIP chez Arabidopsis thaliana


  • Résumé

    Le déterminisme du sexe est un processus qui aboutit à la séparation physique des structures à l’origine des gamètes mâles et femelles, soit sur des fleurs séparées sur une même plante, pour les espèces monoïques, soit sur des individus séparés, dans le cas des espèces dioïques. Ce mécanisme favorise la fécondation croisée et augment ainsi la variabilité génétique. Il pourrait être influencé par les facteurs endogène (génétique ou hormonal) ou environnementaux. Chez le melon, le déterminisme du sexe est contrôlé par le gène A (andromonoecious) et le gène G (gynoecious). Le gène A code pour 1-aminocyclopropane-1-carboxylique acide synthase (ACS), un enzyme impliqué dans la voie de biosynthèse d’éthylène qui inhibe le développement des étamines dans les fleurs femelles. Le gène G code pour une protéine C2H2 à doigt de zinc appartenant à la famille WIP de facteurs de transcription qui inhibe le développement des capelles dans les fleurs mâles. Chez Arabidopsis thaliana, Il y a six gènes WIP et on en sait très peu sur leur fonction moléculaire. TT1/AtWIP1 est impliqué à l’accumulation de PA dans endothélium de graines. NTT/AtWIP2 est impliqué dans le développement de TRANSMITTING TRACT de carpelle. Dans cette thèse, nous avons essayé de mettre en évidence la fonction moléculaire de gènes WIP. Dans cette étude, nous avons montré que les gènes WIP des espèces différents partiellement restaurent le phénotype de graines jaune de tt1-3 mutants et régulent positivement les gènes tardifs de biosynthèse de flavonoïdes chez Arabidopsis thaliana La complémentation fonctionnelle de mutants tt1-3 par le gène WIP de melon et le gène WIP de la mousse montre que les gènes WIP ont la même fonction globale mais diffèrent à l’échelle spatio-temporelle. Il a été montré que le second motif conservé, à l’extrémité N-terminal, du gène TT1 était essentiel pour qu’il soit fonctionnel. La substitution d’acides aminés de ce motif (N2) par des alanines diminue l’accumulation de proanthocyanidines (PA) dans l’endothélium de la graine. TT1 perturbe également le développement des pétales, des étamines et des carpelles quand il est surexprimé de manière ectopique sous le contrôle des promoteurs d’AP3 et CRC. Il a été exprimé dans les racines secondaires sous le promoteur du gène SOLITARY ROOT (SLR/IAA14) ainsi que dans les stipules sous le promoteur du gène GLABROUS1 (GL1). TT1 inhibe le développement des racines secondaires et la formation des trichomes sur les feuilles. Dans cette étude, nous avons constaté que TT1 agit comme un inhibiteur de la formation d’organes quand il est exprimé de manière ectopique. On cherchera dans cette étude à comprendre les mécanismes mis en jeu lors de l’arrêt du développement de ces organes au cours du déterminisme du sexe et a évoqué de nouvelles pistes pour expliquer ce processus.


  • Résumé

    Sex determination in plants is a process that results the development of either male or female flower on the same or different individuals. This mechanism enhances the cross pollination and raises the genetic variability. It can be influenced by endogenous (genetic or hormonal) and/or external environmental factors. In melon, gene A arrests the stamen development in the female flowers and gene G arrests the development of carpel in the male flowers hence these two genes control the sex determination mechanism in melon. Gene A encodes 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid synthase (ACS), an enzyme which is involved in the ethylene biosynthesis pathway. Gene G encodes a C2H2 zinc finger proteins that belongs to WIP family of transcription factors. In Arabidopsis thaliana, there are six WIP genes and very little is known about their molecular function. TT1/AtWIP1 is involved in the accumulation of PA in the seed endothelium. NTT/AtWIP2 is involved in the development of transmitting tract in the carpel. In this thesis, we tried to highlight the molecular function of the WIP genes. Here we show that WIP genes from different species partially restore the yellow seed coat color phenotype of tt1-3 mutant and upregulate the late flavonoid biosynthetic genes. The functional complementation of tt1-3 mutants by WIPs from Cucumis melo and Physcomitrella patens indicates that WIP genes have the same global function but differ on the spatio-temporal level. Second conserved motif in the N-terminus of TT1 protein was found to be essential for its proper function as alanine scanning of N2 motif of TT1 decreased the accumulation of PAs in the seed endothelium. TT1 disturbed the development of petals, stamens and carpels in flower when ectopically expressed under AP3 and CRC promoter. TT1 was expressed in the lateral roots under the promoter of SOLITARY ROOT (SLR/IAA14) and in the stipules under the promoter of GLABROUS1 (GL1). TT1 was able to inhibit the development of the lateral roots and leaf trichomes. In this study, we found that TT1 can act as organ inhibitor when ectopically expressed. Our study will help us to understand the organ arrest during sex determination mechanism and will evoke new dimensions for further explanations of this process.


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