Étude des protéines « Plant Mobile Domain », à l'interface entre espèce modèle et plante à intérêt agronomique afin de comprendre leur rôle au cours du processus de maturation du fruit de la tomate

Study of Plant Mobile Domain proteins at the interface between Arabidopsis and tomato plants

• Auteur / Autrice : Lucas Jarry
• Direction : Guillaume Moissiard, Julien Pirrello
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie
• Date : Soutenance le 24/10/2024
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie environnement (Perpignan ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génome et Développement des Plantes (Perpignan)
• Jury : Président / Présidente : Céline Cosseau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Gonzalez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christel Carles, Quadrana Leandro
• DOI : 10.70675/e51d37e1z97bez496dza92dza1fdd43d7737

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Expression génique

Arabidopsis thaliana

Interactions ARN-protéine

Fruits -- Maturation

Tomates

Mots clés libres

Regulation de l'expression des gènes

Arabidopsis

Developpement

Tomate

Maturation du fruit

Plant Mobile Domain (PMD)

Tomato

Fruit ripening

Plant Mobile Domain (PMD)

Development

Arabidopsis

Regulation of gene expression

Résumé

Dans le noyau des cellules eucaryotes, l’ADN forme un complexe avec les protéines histones appelé la chromatine. Les modifications de la chromatine, dites épigénétiques, influencent la transcription des gènes. Ces modifications ont aussi un rôle dans la répression des éléments transposables (ETs). Chez Arabidopsis thaliana, les protéines MAINTENANCE OF MERISTEM (MAIN), MAIN-LIKE 1 (MAIL1) et MAIL2 appartiennent à la famille des Plant Mobile Domain (PMD). Les protéines MAIN et MAIL1 interagissent ensemble ainsi qu’avec PROTEIN PHOSPHATASE 7-LIKE (PP7L) afin de réguler la transcription des gènes et réprimer les ETs. Le rôle de MAIL2 dans la cellule reste inconnu. Un homologue de MAIL2, SlPMD2, existe chez Solanum lycopersicum (tomate). Le but de ma thèse a été de décrire plus en détail le mode d’action de MAIN et MAIL1, de comprendre le rôle de MAIL2 dans la cellule et d’explorer le rôle de SlPMD2 chez la tomate. J’ai pu démontrer que MAIN et MAIL1 sont impliquées dans la répression de plusieurs ETs de manière indirecte via le contrôle de la transcription de ICRORCHIDIA 1 (MORC1) qui est un important facteur épigénétique. J’ai pu démontrer par des approches de biochimie que MAIN et MAIL1 interagissent avec la chromatine principalement dans le promoteur de gènes et que ces protéines empêchent la déposition sur certains de ces gènes de la marque épigénétique répressive H3K27me3 par la voie Polycomb. De plus, j'ai montré qu'un motif spécifique d'ADN, que j'ai appelé motif MAIL1-MAIN (M1M), est enrichi dans les régions génomiques liées par MAIN et MAIL1 et pourrait peut-être recruter ces protéines. Par des analyses phénotypiques et transcriptomiques j’ai montré que MAIL2 est requis pour le développement de la graine et pour la bonne transcription de certains gènes. J'ai identifié dans le promoteur de certains de ces gènes dérégulés un motif d'ADN que j'ai appelé le motif MAIL2 (M2M). J’ai pu montrer que dans la tomate SlPMD2 est également requis pour le bon développement de la graine et qu’il contrôle l’expression de plusieurs gènes dans la fleur Enfin, je présente des données préliminaires suggérant que SlPMD2, qui est l'homologue de MAIL2 chez la tomate, est impliqué dans le développement et la germination des graines, très probablement en contrôlant l'expression de gènes spécifiques. Comme chez A. thaliana, j'ai identifié un motif ADN, très similaire au motif M2M, dans le promoteur de plusieurs gènes qui sont misrégulés chez le mutant slpmd2. Dans l'ensemble, mes résultats suggèrent que les protéines PMD pourraient être recrutées dans des régions génomiques spécifiques par le biais d'un motif d’ADN conservé au cours de l'évolution afin d'assurer la correcte expression des gènes, potentiellement en antagonisant la voie Polycomb chez les Angiospermes.

In the nucleus of eukaryotic cells, DNA interacts with histone proteins to form a complex called chromatin. Epigenetic modifications of chromatin influence gene transcription. These modifications also play a role in silencing of transposable elements (TEs). In Arabidopsis thaliana, the MAINTENANCE OF MERISTEM (MAIN), MAIN-LIKE 1 (MAIL1) and MAIL2 proteins belong to the Plant Mobile Domain (PMD) family. MAIN and MAIL1 interact with each other and with PROTEIN PHOSPHATASE 7-LIKE (PP7L) to regulate gene transcription and repress TEs. The role of MAIL2 into the cell remains nknown. A homolog of MAIL2, SlPMD2, exists in Solanum lycopersicum (tomato). The aim of my thesis was to describe in more details the mode of action of MAIN and MAIL1, to understand the role of MAIL2 within the cell and to explore the role of SlPMD2 in tomato. I was able to demonstrate that MAIN and MAIL1 are indirectly involved in the silencing of several TEs, by controlling MICRORCHIDIA 1 (MORC1) transcription, which is an important epigenetic factor. Using biochemical approaches, I showed that MAIN and MAIL1 interact with chromatin mainly in gene promoters, and that these proteins prevent the deposition of H3K27me3 mediated by the Polycomb pathway. In addition, I found that a specific DNA motif, called the MAIL1-MAIN (M1M) motif, is enriched at genomic regions targeted by the PMD proteins. Besides, phenotypic and transcriptomic analyses showed that MAIL2 is required for seed development and for the correct expression of several genes, a fraction of them carrying another specific DNA motif called MAIL2 motif (M2M) in their promoter. Finally, I present preliminary data suggesting that SlPMD2, which is the MAIL2 counterpart in tomato, is involved in seed development and germination, most likely by controlling the expression of specific genes. Like in A. thaliana, I identified a DNA motif, which is highly similar to the M2M motif, in the promoter of several genes that are misregulated in the slpmd2 mutant. Altogether, my results suggest that PMD proteins might be recruited at specific genomic regions through an evolutionary conserved DNA motif to ensure the proper expression of genes, possibly by antagonizing the Polycomb pathway in Angiosperms.