Fonctions génomiques de la famille des facteurs de transcription AP2 chez les céréales

Les plantes sont exposées, à chaque étape de leur cycle de vie, à différents stress abiotiques notamment la sécheresse, le froid et la salinité. Bien que ces différents types de stress aient des effets spécifiques pour chacun d'entre eux, ils ont tous la capacité d'induire un effet commun soit le déficit hydrique qui affecte la croissance et le développement des plantes. Certaines plantes s'adaptent au déficit hydrique en modifiant leurs métabolismes ainsi que l'expression de leurs gènes afin de synchroniser leur développement avec les conditions de stress. Cette modification se traduit par la synthèse de nouvelles protéines, particulièrement régulée par le déficit hydrique, notamment les protéines de type Ap2/EREBP. Chez Arabidopsis thaliana, ces protéines forment une famille de facteurs de transcription de 145 membres. Certains membres jouent des rôles essentiels de régulateur dans plusieurs processus de développement tandis que d'autres sont impliqués dans les mécanismes de réponses des plantes aux stress. Chez les céréales, très peu de gènes Ap2/EREBP avec des fonctions connues ont été identifiés. Ce projet de recherche vise à identifier cette famille de gènes chez le blé hexaploid (Triticum aestivum L.). Le choix de ce type de blé comme modèle d'étude réside dans sa capacité de tolérance au gel et sa grande variabilité de réponses aux stress abiotiques. Le blé est la céréale la plus importante au monde puisqu'il représente environ 73% de la production céréalière mondiale. Il est cultivé dans divers types d'environnements climatiques, de productions et de fermes. De plus, il représente la principale source d'énergie alimentaire, d'emploi et de revenu dans plusieurs pays en voie de développement. Le blé agronomique est plus nutritif et économique qu'Arabidopsis. Cependant, le choix entre les deux espèces est influencé par la taille et la complexité de leurs génomes. Le premier chapitre décrit l'identification, la phylogénie et la localisation chromosomique des gènes Ap2/EREBP du blé. Une approche génomique combinant une recherche de bases de données de séquences suivie d'une analyse bioinformatique, un criblage de banques d'ADNc et des amplifications par réaction de polymérisation en chaîne a permis d'identifier 107 ADNc du blé qui codent potentiellement pour des facteurs de transcription de type Ap2/EREBP. Leur localisation chromosomique montre que ces gènes sont dispersés sur tout le génome du blé. Cependant, quelques gènes de cette famille, appelés CBFs (C-repeat Binding Factors), sont regroupés principalement sur le long bras du groupe de chromosomes 5 et ont été associés directement à des déterminants génétiques (QTLs) contrôlant les réponses aux stress et divers aspects du développement floral. Le deuxième chapitre présente la caractérisation de la sous-famille de gènes CBFs. L'analyse phylogénétique a indiqué que les espèces de blé contiennent au moins 23 gènes différents de type CBF. Chez les Poaceae, les CBFs sont classés dans 10 groupes qui partagent une origine phylogénétique commune et des caractéristiques structurales semblables. Six de ces groupes (3C, 3D, 4A, 4B, 4C et 4D) sont trouvés seulement chez les Pooideae, suggérant ainsi qu'ils représentent les mécanismes de réponse de CBF qui ont évolué récemment pendant la colonisation des habitats tempérés. Les études menées sur le profil d'expression de ces gènes démontrent que 5 des groupes spécifiques aux Pooideae montrent une expression constitutive élevée et une expression inductible par les basses températures chez le cultivar d'hiver. Par contre à des températures modérées, la régulation de l'expression varie en fonction de la période de la journée. L'expression inductible et non héritée au sein des groupes de CBF a possiblement joué un rôle prédominant dans l'aptitude des cultivars d'hiver à tolérer les basses températures et elle est probablement à la base de la variabilité génétique de la tolérance au gel chez les Pooideae. Le troisième article décrit l'identification de deux gènes chez le blé, ICE1-like (Inducteur de l'expression de CBF 1) codant pour un facteur de transcription qui régule l'expression des gènes CBF. TaICE87 et TaICE41 codent pour un activateur de transcription de type MYC-like bHLH. TaICE87 et TaICE41 se lient spécifiquement à différentes séquences de reconnaissance MYC du promoteur de TaCBFIVd-B9. TaICE87 and TaICE41 sont constitutivement exprimés chez le blé et leur surexpression chez Arabidopsis mène à l'augmentation du niveau d'expression des gènes AtCOR et AtCBF3 et de la tolérance des plantes au gel. Ces résultats suggèrent que TaICE87 and TaICE41 sont des orthologues fonctionnels d'AtICE1 et peuvent réguler la transcription d'AtCBF3. La structure complexe des éléments MYC au niveau des promoteurs CBF et la différence d'affinité entre TalCE87 et TalCE41 pour les éléments MYC suggèrent que ces 2 protéines peuvent différentiellement activer CBF chez le blé. En résumé, le clonage de la famille de gènes Ap2/EREBP chez le blé a permis d'identifier et de caractériser les membres CBF régulés par les basses températures. De plus, les résultats de cette étude démontrent que l'expression des gènes CBF est amplifiée chez les Pooideae, suggérant ainsi un rôle plausible dans la tolérance au froid des cultivars d'hiver. L'analyse des gènes CBFs pourrait nous conduire à améliorer la tolérance au gel chez le blé, et par conséquent faciliter l'établissement de nouvelles stratégies visant à améliorer la productivité des céréales et leur adaptation aux changements climatiques. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Blé, Acclimatation au froid, Tolérance au gel, Facteurs de transcription, Ap2/EREBP.

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