Towards a better understanding of the molecular basis of floral development in Petunia x hybrida

par Mathilde Chopy

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la santé

Sous la direction de Michiel Vandenbussche.

Soutenue le 22-11-2019

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale de Biologie Moléculaire Intégrative et Cellulaire (Lyon) , en partenariat avec École normale supérieure de Lyon (établissement opérateur d'inscription) et de Laboratoire de Reproduction et Développement des Plantes (1993-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Gwyneth Ingram.

Le jury était composé de Michiel Vandenbussche, Gwyneth Ingram, Richard Immink, Edwige Moyroud, Hélène Adam.

Les rapporteurs étaient Richard Immink, Edwige Moyroud.

  • Titre traduit

    Bases moléculaires du développement de la fleur chez Petunia x hybrida


  • Résumé

    Il a déjà été montré chez plusieurs espèces que quelques gènes architectes (les gènes A, B et C) étaient responsables de l’identité des organes floraux : sépales, pétales, étamines et pistils. Cependant, les réseaux de gènes régulés en aval permettant le développement des organes floraux, et pouvant expliquer une partie de la diversité des plantes à fleurs demeurent peu connus. L’objectif de mon projet de thèse vise à étudier le développement de la fleur de façon plus détaillée avec comme modèle d’étude les fleurs de Petunia x hybrida. Mes travaux de thèse se sont organisés autour de plusieurs axes de recherche, en commençant par l’obtention du transcriptome spécifique aux pétales chez le Pétunia. La stratégie imaginée a été de réaliser un RNA-Seq sur de jeunes fleurs sauvages et sur une collection unique de mutants homéotiques. Les données obtenues nous ont permis d’identifier une liste de 452 gènes présentant un profil d’expression pétale spécifique. Afin d’identifier l’implication de ces gènes dans le développement des pétales, un crible de génétique inverse a été réalisé sur 98 gènes de la liste (95 mutants générés avec le système transposon et 3gènes avec le système CRISPR-Cas9). De façon étonnante, aucun phénotype pétale n’a pu être associé à la mutation des gènes candidats. Cependant dans la population générée pour le crible pétale, nous avons pu observer une population de plantes ségrégeant pour un phénotype avec des défauts dans le développement floral. Nous avons confirmé que ce phénotype n’était pas associé à un des gènes candidats initialement ciblé et par une méthode de génétique directe, nous avons identifié que ce phénotype était causé par une insertion de transposon dans un facteur de transcription R2R3-MYB. Dans un autre chapitre, j’ai ciblé plusieurs gènes avec de potentiels rôles dans le développement de la fleur avec la technique CRISPR-Cas9. Les mutations obtenues dans le gène classe-C PMADS3 ont contribué à une publication (Morel et al., 2018) ainsi qu’à la description de façon plus approfondie des fonctions des gènes de la classe-C chez le Pétunia. Dans la dernière partie, nous avons montré que selon la couche cellulaire où le gène DEF (responsable de l’identité des pétales) est exprimé, le pétale ne présente pas un phénotype sauvage. La croissance et la forme des pétales (tube versus limbe) nécessitent l’intervention et la coordination de plusieurs couches cellulaires (L1, L2 et L3).


  • Résumé

    While the master regulators of floral organ identity have been identified in multiple plantspecies, it remains poorly understood how the downstream transcriptional programs finally lead to the development of the different floral organs, and how evolutionary variations in these programs have yielded the astonishing floral architectural diversity existing in nature. The main objective of my PhD work was to start to address these fundamental questions by analysing floral development in Petunia x hybrida, chosen as model for its elaborate petal architecture combined with the availability of a powerful genetics toolkit. My research started with the identification of the petal transcriptome composition acting downstream of the homeotic genefunctions (Chapter 1). To achieve this, we used an RNAseq strategy on young flowers from a unique collection of floral homeotic mutants, complemented with wild-type samples. We finallyobtained a list of more than 400 potentially interesting genes involved in petal development. Toprovide a detailed analysis for Petunia petal development we used a reverse genetics approachand selected 95 genes expressed during petal development for functional analysis by transposonmutagenesis. I also introduced the CRISPR-Cas9 technology in the team (Chapter 3), targeting3 petal candidate genes for which no transposon insertions in their coding sequence were found. Unfortunately, we did not manage to find eye-catching defects in petal development linked tothe selected mutations. However, in the population generated for the petal reverse genetics screen we encountered a small family in which a mutation segregated causing a novel floral developmental defect strongly affecting petal and stamen development. We confirmed that this mutation was unrelated to the petal candidate gene initially targeted, and by a forward genetic approach we demonstrated that it was instead caused by a different transposon insertion in anR2R3-MYB transcription factor (Chapter 2). With the CRISPR-Cas9 technology I also targetedsome interesting genes involved in flower development like the C-class gene PMADS3. Iobtained KO mutants, and this result was part of a paper (Morel et al., 2018) and allowed a detailed description of the C-class genes function in petunia (Chapter 3). In the last part, we investigated how tube and limb development of Petunia petals depend on the cell-layer specificaction of a MADS-box transcription factor. This allowed to define the contribution of the differentcell-layers in petal development (Chapter 4). Put together, my PhD work should provide a better understanding of floral organ development and architectural diversity.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 01-11-2022

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