Modélisation de la liaison à l'ADN et des mécanismes d'action de facteurs de transcription floraux

par Arnaud Stigliani

Thèse de doctorat en Biologie Végétale

Sous la direction de François Parcy.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Physiologie Cellulaire Végétale (laboratoire) .


  • Résumé

    Chez les angiospermes, la floraison est un processus qui prend part en plusieurs étapes. Le méristème caulinaire, un réservoir de cellule souche d'où émergent la totalité des organes aériens de la plante, va d'abord se différencier en méristème d'inflorescence. Des méristèmes floraux vont alors émerger des flancs du méristème d'inflorescence pour donner naissance aux différents organes qui composent la fleur : les pétales, les sépales, les étamines et le carpelle. Chacune de ces phases est régulée avec finesse par des facteurs de transcription, une famille de protéines se liant à l'ADN pour induire l'activation ou la répression des gènes. Si cette thèse nous a permis de contribuer à la mise à jour de JASPAR, une base de données qui recense des profils liaison de facteurs de transcription, elle a avant tout pour but d'apporter un regard nouveau sur la compréhension des phénomènes qui contrôlent le développement des fleurs à travers l'étude d'une poignée de facteurs de transcription clé dans ce processus. Nous essayerons au mieux d'expliquer les paramètres qui influent sur la liaison de ces facteurs de transcription en utilisant des modèles bioinformatiques associés à des expériences de génomique. Nous nous pencherons d'abord sur les facteurs de réponse à l'auxine à travers l'étude de deux représentants de cette famille de 23 protéines : ARF2 et ARF5. Si les facteurs de transcription de cette famille sont connus pour se lier en dimères, nous avons montré que ARF2 et ARF5 préféraient des espacements différents entre les sites de liaison monomériques sur l'ADN. Nous avons également montré que certaines configurations semblent favoriser l'activation des gènes liés. Ensuite, nous avons étudié LFY, un facteur de transcription maître du développement floral. Nous avons amélioré un modèle de liaison existant et nous avons pu voir que l'intégration de données génomiques de natures diverse permettait de mieux comprendre la liaison du facteur de transcription in vivo. Enfin, nous avons analysé les préférences des facteurs de transcription à boîte MADS, connus pour lier les mêmes séquences d'ADN et dont le rôle est de déterminer l'identité des organes floraux. À travers l'étude du complexe SEP3/AG, qui contrôle la formation du carpelle, nous avons montré que le domaine de tétramérisation de ces facteurs confère une spécificité de liaison expliquant potentiellement que des groupes de facteurs de transcription à boîte MADS régulent la formation d'organes floraux différents en activant des gènes distincts.

  • Titre traduit

    Modeling DNA binding and function of key floral transcription factors


  • Résumé

    In angiosperms, the development of flowers takes place in several stages. The meristem, a stem cell reservoir from which all the plant's aerial organs emerge, first differentiate into an inflorescence meristem. Floral meristems then emerge from the flanks of the inflorescence meristem to give birth to the different organs that compose the flower : the petals, sepals, stamens and carpel. Each of these phases is finely regulated by transcription factors, a family of proteins that bind to DNA to induce gene activation or repression. If this thesis allowed us to contribute to the JASPAR database, which gather transcription factor binding profiles, its main goal is to provide a new perspective on the understanding of the phenomena that control flower development through the study of a handful of key transcription factors in the regulation of floral development. We have tried to explain the parameters that influence the binding of these transcription factors using bioinformatics models associated with genomics experiments. We have analysed the auxin response factors (ARF) through the study of two representatives of this family of 23 proteins : ARF2 and ARF5. The transcription factors of this family are known to bind in dimers and we have shown that ARF2 and ARF5 prefer different spacings between monomeric binding sites on DNA. We have also shown that some configurations seem to favour the activation of bound genes. Then, we have studied LFY, a master transcription factor of floral development. We have improved an existing binding model and have seen that the integration of genomic data of various kinds provides a better understanding of the binding of the transcription factor in vivo. Finally, we have analyzed the preferences of MADS box transcription factors, known to bind the same DNA sequences and whose role is to determine the identity of floral organs. Through the study of the SEP3/AG complex, which controls the formation of the carpel, we have found that the tetramerization domain of these factors confers binding specificity, potentially explaining that groups of MADS box transcription factors regulate the formation of different floral organs by activating distinct genes.