Analyse des facteurs de transcription de la famille NAC chez le blé tendre (Triticum aestivum L.) et leur implication dans la réponse à des stress abiotiques

par Claire Guérin

Thèse de doctorat en Biologie Cellulaire et Moléculaire Végétale

Sous la direction de Saïd Mouzeyar et de Mohamed Fouad Bouzidi.

Le président du jury était Huguette Sallanon.

Le jury était composé de Jane Roche.

Les rapporteurs étaient Béatrice Teulat, Soulaïman Sakr.


  • Résumé

    Le blé tendre, Triticum aestivum, est une des céréales les plus cultivées dans le monde. Le changement climatique qui se développe actuellement contraint fortement les cultures et altère leur rendement. La compréhension des mécanismes de réponse du blé tendre aux stress abiotiques est donc une problématique d’actualité. Plusieurs grandes familles de facteurs de transcription, dont la famille NAC,interviennent dans le développement de la plante et dans sa réponse aux stress environnementaux. Cette thèse, structurée en 3 volets, est ciblée sur l’étude de la famille NAC chez le blé tendre : les TaNAC. Dans un premier temps, nous avons étudié la structuration génomique et phylogénétique des 488 membres de la famille TaNAC, recensés à partir de la base de données la plus récente du blé tendre.Nous avons aussi étudié l’histoire évolutive de cette famille, qui a été marquée par des événements de duplication et de rétroposition. Enfin, une analyse de sa diversité allélique a permis d’identifier des gènes qui présentent des SNP montrant une forte association avec des paramètres d’accumulation des protéines de réserve dans le grain. Le deuxième chapitre de cette thèse a porté sur l’étude de l’expression de ces 488 gènes TaNAC dans plusieurs organes et en réponse aux stress thermique et sécheresse. Une analyse globale a été réalisée à partir de données bio-informatiques, suivie d’une étude in planta de l’expression d’une sélection de 23 gènes. Les profils d’expression obtenus ont révélé l’existence de 4 gènes TaNAC, encore jamais décrits dans la littérature et qui interviennent dans le développement du grain de blé tendre mais aussi dans sa réponse adaptative à plusieurs stress abiotiques. Le troisième volet de cette thèse a donc porté sur la caractérisation génétique, moléculaire et physiologique de ces 4 facteurs de transcription TaNAC. Ils appartiennent à un clade rassemblant des séquences présentant des similitudes génomique et structurale. De plus, ils sont localisés dans le noyau et leurs profils d’expression sont similaires, avec toutefois un niveau variable entre gènes et entre homéologues pour chaque gène. En réponse à un stress thermique modéré, ce profil d’expression est accéléré au cours du développement du grain ; le stade 120°Cj étant le stade clé qui montre la plus grande différence d’expression de ces gènes entre les conditions contrôle et stressée. Pour des raisons techniques, la production de plantes transgéniques sur- et sous-exprimant ces gènes n’a pas permis de valider l’implication de ces 4 TaNAC dans le développement du grain et en réponse à la température. Une analyse de génétique d’association a toutefois permis de mettre en évidence un lien entre des marqueurs moléculaires situés dans ces gènes et l’accumulation des protéines de réserve.Globalement, les résultats obtenus ont montré que des membres de la famille TaNAC sont impliqués dans le développement du blé tendre et dans sa réponse aux stress abiotiques. Plus particulièrement, 4 facteurs de transcription TaNAC semblent jouer un rôle clé dans l’accumulation des protéines dans le grain en réponse à un stress thermique modéré.

  • Titre traduit

    NAC family transcription factors analysis in bread wheat (Triticum aestivum L.) and their involvment in response to abiotic stresses


  • Résumé

    Bread wheat, Triticum aestivum, is one of the most cultivated cereal in the world. The climate change that is currently developing strongly constrains crops and impairs their yield. Understanding the wheat response mechanisms to abiotic stresses is therefore a current issue. Several major families of transcription factors, including the NAC family, are involved in the plant development and its response to environmental stresses. This thesis, structured in three parts, is focused on the study of the NAC family in bread wheat (TaNAC).First, we studied the genomic and phylogenetic structure of the 488 members of the TaNAC family identified from the latest database of bread wheat. We also studied the evolutionary history of this family, which was marked by duplication and retroposition events. Finally, an analysis of its allelic diversity allows us to identify genes with SNP showing a strong association with storage protein accumulation parameters in the grain. In a second part, we studied the expression of these 488 TaNAC genes in several organs and in response to heat and drought. An overall analysis was performed using bioinformatic data, followed by an in planta study of the expression of a selection of 23 genes. The expression profiles revealed that four TaNAC genes, never described in the literature, are involved in the wheat grain development but also in its adaptive response to several abiotic stresses. In a third part, we focused on the genetic, molecular and physiological characterization of these four TaNAC transcription factors. They belong to a clade gathering sequences with genomic and structural similarities. Moreover, they are localized in the nucleus and their expression profiles are similar, with a variable level between genes and between homeologs for each gene. In response to moderate heat stress, this expression profile is accelerated during grain development and a key stage at 120°Cj was identified, it shows the greatest difference in genes expression level between control and stressed conditions. For technical reasons, the production of transgenic plants over- and under-expressing these genes did not validate the involvement of these 4 TaNAC in grain development and in its temperature response. An association genetic analysis, however, showed a link between molecular markers located in these genes and the storage proteins accumulation. Overall, the results showed that members of the TaNAC family are involved in the bread wheat development and its response to abiotic stresses. In particular, four TaNAC transcription factors appear to play a key role in grain protein accumulation in response to a moderate heat stress.


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