Genetic and molecular analysis of the regulation of the life cycle of the brown alga Ectocarpus siliculosus

• Auteur / Autrice : Alok Arun
• Direction : J. Mark Cock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Complexité du Vivant
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mutation (biologie)

Gènes marqueurs

Facteurs de transcription

Résumé

Le but de ce projet est de comprendre les bases moléculaires de l’alternance de générations chez l’algue brune modèle Ectocarpus. Lors de travaux antérieurs, notre équipe avait isolé le mutant ouroboros (oro) dont la génération sporophyte manifeste une conversion homéotique en gamétophyte fonctionnel (capable de produire des gamètes). Lors de ma thèse, j’ai utilisé des gènes marqueurs de génération pour démontrer qu’oro partage, en plus de similitudes morphologiques, des similitudes moléculaires avec le gamétophyte sauvage. Afin d’identifier le gène ORO, un clonage positionnel a ensuite été mené via l’utilisation de marqueurs moléculaires de type AFLP et microsatellites. L’analyse de liaison génétique a permis de localiser le locus ORO sur le groupe de liaison 17 de la carte génétique. Une cartographie génétique plus fine a permis de réduire l’intervalle génomique du locus ORO à 43 kpb, région au sein de laquelle quatre gènes sont présents. La disponibilité de la séquence du génome d’une souche portant la mutation oro a finalement mené à l’identification d’un gène codant pour un facteur de transcription en tant que meilleur candidat à la mutation. En parallèle à ces travaux, j’ai également participé à la mise en évidence d’un facteur ceullulaire non-autonome produit par le sporophyte et induisant la conversion d’un gamétophyte en sporophyte; j’ai démontré que les méiospores incubées en présence de ce facteur ressemblent, au niveau moléculaire, à des sporophytes sauvages. Ces travaux ont constitué une base solide pour l’identification du gène ORO et pour la compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans l’alternance entre les générations chez Ectocarpus

The goal of the PhD thesis project was to investigate the molecular basis of a particularly interesting phenomenon that occurs in the brown alga Ectocarpus: the alternation, during the life cycle, between two independent, heteromorphic organisms, the sporophyte and the gametophyte. A UV mutagenesis approach had previously been used to screen for life cycle mutants in Ectocarpus. One mutant was isolated, ouroboros (oro), in which the sporophyte generation of the life cycle developed as a fully functional (gamete producing) gametophyte. Consequently, individuals that carry the ouroboros mutation exhibit a homeotic conversion of the sporophyte into a gametophyte. Genetic analysis of the mutation had shown that it was a recessive, single-locus mutation. Also, it had been established experimentally that the mutant shares morphological and functional features which are typical of the wild type gametophyte. Left unaddressed was if oro resembles the wild type gametophyte at the molecular level. I used generation markers genes to show that oro resembles wild type gametophyte at the molecular level. In order to identify the ORO gene, a map-based cloning strategy, using Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) and Simple Sequence Repeats (SSR) markers, was used. Linkage analysis placed the ORO locus on the linkage group 17. Fine genetic mapping with 1566 individuals of a mapping population delimited the ORO locus to a 43 kbp genomic DNA region with four genes in the region. Sequencing, annotation and function prediction of genes in this region using the sequenced genome of Ectocarpus and comparing it with whole genome sequence of a strain carrying the oro mutation identified a transcription factor gene, which is a strong candidate for the ORO gene. I also participated in a project that focused on understanding the non cell autonomous regulation of life cycle transitions in Ectocarpus. Specifically using life cycle generation marker genes, I showed that meiospores grown in the presence of a sporophyte-produced diffusible factor develop into functional sporophytes and resembled the wild type sporophyte at the molecular level. The results obtained from this work provided a solid foundation for map based cloning of the ORO gene and increased our understanding of the molecular mechanism underlying alternation of generation in Ectocarpus