Functional characterization of tomato Sl-IAA3 and Sl-hls genes : Role in auxin and ethylene cross-talk

• Auteur / Autrice : Salma Chaabouni
• Direction : Mondher Bouzayen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biosciences végétales
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éthylène

Génétique

Tomates

Auxines

Résumé

Le développement des plantes est le résultat d’une coordination complexe entre de multiples signaux endogènes essentiellement hormonaux et exogènes issus de l'environnement. En particulier, l'intégration des différentes voies de signalisation hormonales est modulée de manière organe-dépendante. Mon projet de thèse s’inscrit dans ce cadre et vise à identifier les acteurs moléculaires du dialogue hormonal entre l’éthylène et l’auxine. L’interaction entre l’éthylène et l’auxine est l’exemple choisi dans cette étude en raison du rôle prépondérant joué par ces deux hormones dans les processus de maturation et de développement des fruits. En premier lieu, la caractérisation fonctionnelle du gène Sl-IAA3 codant pour un régulateur transcriptionnel apparenté à la famille des Aux/IAA de tomate a montré que la sous-expression de ce gène engendre des phénotypes associés à la fois à l'auxine (altération de la dominance apicale) et à l'éthylène (exagération du crochet apical et réduction de l’epinastie foliaire). Ces résultats révèlent pour la première fois que le gène Sl-IAA3 se trouve au centre du dialogue entre les voies de signalisation de l'auxine et de l'éthylène. La formation du crochet apical constitue un système bien adapté à l’étude du dialogue hormonal en raison du rôle déjà démontré de l’auxine et l’éthylène dans ce processus. L'étude réalisée ici montre qu'en plus de l'altération du crochet apical, le mutant hls1 présente des phénotypes nouveaux associés à la lumière, au glucose et à l’ABA. Deux orthologues (Sl-HLS1 et Sl-HLS2) du gène At-HLS1 d'Arabidopsis ont été isolés chez la tomate et leur validation fonctionnelle a été réalisée par complémentation du mutant hls1 d’Arabidopsis. L'étude de l'expression tissulaire montre que Sl-HLS2 s’exprime au niveau de la face convexe du crochet apical à l'opposé de Sl-IAA3 dont l’expression est associée à la face concave. Ce résultat suggère que Sl-IAA3 et Sl-HLS2 pourraient avoir des fonctions antagonistes sur l’élongation cellulaire aux niveaux interne et externe du crochet permettant ainsi la formation de la boucle. Au total, la caractérisation de deux gènes intervenant à la croisée des voies de signalisation de l’auxine et l’éthylène réalisée ici sur des tissus végétatifs, fournit de nouveaux outils pour aborder à l'avenir le rôle du dialogue hormonal dans le développement et la maturation des fruits.

Plant development and survival depend on the ability of these organisms to integrate many signalling which enables them to produce an appropriate response. Ethylene and auxin are phytohormones known to regulate agonistly or antagonistly many processes of plant development but yet the key integrating molecular players remain largely undiscovered. My Ph. D project deals with the identification and characterization of molecular actors that take part in this dialogue. We report that Sl-IAA3, a member of the tomato auxin/indole-3-acetic acid (Aux/IAA) gene family, is an intersection point between auxin and ethylene signal transduction pathways. Aux/IAA genes encode short-lived transcriptional regulators that mediate auxin responses. Sl-IAA3 expression is controlled by both auxin and ethylene and is regulated on a tight tissue-specific basis. Downregulation of Sl-IAA3 via an antisense strategy results in auxin and ethylenerelated phenotypes including altered apical dominance, lower auxin sensitivity, exaggerated apical hook curvature in the dark and reduced petiole epinasty in the light. These ethylene-related phenotypes in the antisense tomato lines (AS-IAA3) position Sl-IAA3 firmly at the crossroads between auxin and ethylene signalling in tomato. The induction of apical hook offers an excellent system to study auxinethylene interplay. In Arabidopsis, ethylene acts through HOOKLESS (HLS1) to control hook formation through modulating differential cell elongation in opposite sides of the hook. Loss of function mutation in the HLS1 gene results in the absence of hook even in the presence of exogenous ethylene. In the present study, we extended the phenotypes of the Arabidopsis hls1 mutant to alteration of light sensitivity, glucose and ABA tolerance and gravitropic growth thus uncovering the importance of HLS gene in the integration of multiple signalling pathways. Two functional tomato hookless genes (Sl-HLS1 and Sl-HLS2) were isolated in this study and shown to positively complement the Arabidopsis hls1 mutant. Expression of Sl-HLS2 in the hook is restricted to the outer face, opposite to Sl-IAA3 whose expression is localized in the inner face of the hook curvature. The data suggest that Sl-HLS2 and Sl-IAA3 exert antagonist control of cell elongation in the inner and outer part of the apical hook. Overall, the two genes characterized in this study open new prospects towards addressing the role of ethylene and auxin cross-talk during fruit development and ripening.