Identification and analysis of the molecular components involved in the oil palm (Elaeis guineensis) fruit abscission processhuile (Elaeis guineensis)

par Kim Fooyontphanich

Thèse de doctorat en Biologie intégrative des plantes

Sous la direction de Timothy Tranbarger.

  • Titre traduit

    Identification et analyse des bases moléculaires du processus d’abscission du fruit chez le palmier à huile (Elaeis guineensis)


  • Résumé

    L’abscission des organes chez les végétaux est hautement régulée au cours du développement. Ce processus physiologique qui consiste à diminuer l’adhésion entre deux cellules adjacentes dépend de l’environnement, du stress, de l’attaque de pathogènes ou encore de l’état physiologique de la plante. L’abscission du fruit et de la graine jouent un rôle déterminant dans le cycle de vie de la plante et en particulier, un rôle central dans la dispersion des graines. C’est également un caractère commun de domestication avec des conséquences économiques pour la plus part des espèces cultivées. Le palmier à huile (Elaeis guineensis) est largement cultivé dans toutes les zones tropicales et l’huile de palme représente aujourd’hui plus d’un tiers des huiles végétales produites dans le monde. La maturation des fruits au sein des régimes est asynchrone. Ainsi, les fruits les plus murs tombent avant le murissement complet du régime, entrainant une baisse du rendement d’une part et rendant leur collecte manuelle fastidieuse et couteuse d’autre part. Dans ce context, le contrôle ou la réduction de la chute des fruits permettrait une meilleure gestion de la récolte à des couts réduits. Dans le cadre de cette étude, un protocole de phénotypage du processus d’abscission du fruit du palmier à huile a été développé et utilisé pour identifier des génotypes à faible ou retard d’abscision des fruits arrivés à maturité. En parallèle, des analyses comparatives de transcriptomes et de protéomes issus de la zone d’abscission (ZA) du fruit ont été conduites tout au long du processus de séparation cellulaire, déclenché au laboratoire par un traitement à l’éthylène ou bien de manière naturelle au champ. Au total 1957 gènes présentent une expression différentielle significative dans la ZA du fruit au cours du processus d’abscission induit par l’éthylène. Parmi ces gènes, 64 sont spécifiquement (ou majoritairement) exprimés dans la ZA des fruits arrivés à maturité par comparaison avec les tissus où le processus de séparation cellulaire n’est pas observé (pédicelle et mésocarpe des fruits murs ; ZA non fonctionnelle des fruits immatures). Le profil d’expression de ces 64 gènes candidats a été également analysé dans la ZA des fruits mûrs prélevés au champ, afin de conforter leur rôle potentiel au cours de l’abscission déclenchée naturellement. Ainsi, en utilisant les nouvelles technologies de séquençage du transcriptome et du protéome, couplées à une analyse biochimique et cellulaire des modifications de la paroi dans la ZA, ce travail a permis de mettre en évidence la conservation de certains processus moléculaires associés à l’abscission des organes chez les monocotylédones par comparaison avec les espèces modèles dicotylédones, telles que la tomate et Arabidopsis. Par exemple, l’identification de gènes codant des polygalacturonases très proches de celles qui sont impliquées dans l’abscission de la fleur chez Arabidopsis suggère la conservation de leur fonction dans l’hydrolyse de la pectine des cellules des ZA, malgré la divergence phylogénétique entre les espèces. Enfin, ce travail a permis également d’identifier de nouveaux régulateurs associés au processus de séparation cellulaire et fournir une liste de gènes associés à des processus biologiques étroitement liés à la fonction de la ZA chez le fruit du palmier à huile.


  • Résumé

    Plant organ abscission is a complex developmental process that involves cell separation regulated by the environment, stress, pathogens and the physiological status of the plant. In particular, seed and fruit abscission play a central role in seed dispersion and plant reproductive success, and are common domestication traits with important agronomic consequences for many crop species. Oil palm (Elaeis guineensis) is cultivated throughout the tropical regions as one of the most economically important oil crop species in the world. The unsynchronized ripening of the oil palm fruit bunch leads to the abscission of the ripest fruit and consequently high labor cost for harvest and loss of yield. In this context, the control of oil palm ripe fruit abscission is an important agricultural concern for the cultivation of oil palm in a sustainable and cost effective way. In the present study, a protocol to phenotype the oil palm fruit abscission process was developed and used to identify a tree in the field that does not undergo ripe fruit abscission. In parallel, transcriptome and proteome analyses of the oil palm ripe fruit abscission zone (AZ) during abscission induced experimentally by ethylene compared to the AZ undergoing natural abscission in the field was performed. A total of 1,957 candidate genes were identified statistically as differentially expressed in the ripe fruit AZ during ethylene-induced abscission. Furthermore, a total of 64 of these differentially abundant candidates were statistically specific or enriched at least during one time point of the ethylene induced abscission, compared to their profiles in the AZ of immature fruit and the pedicel of ripe fruit, where cell separation is not observed. The profiles of these gene candidates were examined in the ripe fruit AZ undergoing natural abscission in the field to validate their potential role during abscission. Finally, the profiles of selected candidate genes were then examined in the AZ of the tree observed not to undergo fruit abscission in the field. The combined approaches provide evidence of wide scale conservation of the molecular components involved in organ abscission of this monocot compared with the model dicot plants tomato and Arabidopsis. For example, the identification of polygalacturonases very similar to those that function during Arabidopsis floral organ abscission suggests a conservation of the components for pectin disassembly despite the phylogenetic distance between these species. In addition, the data from the global analysis and complementary molecular, cellular and biochemical approaches suggest novel components and provide a robust list of genes and processes important for AZ function during ripe fruit abscission of this important monocot crop species.


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