Auxin-Dependent Transcriptional Regulation During Fruit Development - Université Toulouse III - Paul Sabatier - Toulouse INP Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2004

Auxin-Dependent Transcriptional Regulation During Fruit Development

La régulation transcriptionnelle dépendante de l’auxine lors du développement du fruit

Résumé

Fruit development is a genetically programmed process under multi-hormonal control. While the role of ethylene in triggering the ripening process is well demonstrated in the case of climacteric fruit like tomato, little is known about the involvement of other hormones. Differential screening allowed the isolation of transcriptional regulators involved in auxin responses that show ripening and ethylene-regulated expression during the late stages of fruit development. The work described here deals with the functional characterization of DR4, an Aux/IAA gene expressed in tomato fruit. Aux/IAA proteins are transcriptional regulators known to mediate many aspects of plant responses to the phytohormone auxin. Though a number of gain-of-function mutations affecting Aux/IAA genes in Arabidopsis have been characterized, strikingly, phenotypes associated with loss-of-function mutations yet have not been described. We report here on the down-regulation of DR4, a tomato Aux/IAA-like gene, which altered auxin-related responses. Under-expressing DR4 through antisense strategy in the tomato resulted in pleiotropic phenotypes with the most dramatic changes affecting leaf morphology and fruit development. The leaves in DR4-inhibited were simple shaped compared to compound leaves in wild type and fruit development was triggered prior to flower fertilization giving rise to parthenocarpy. DR4 down-regulated plants also displayed a wide range of auxin-associated responses including enhanced hypocotyl, root and stem elongation, reduced apical dominance, a multiple organ fusion and a transition from basipetal to acropetal lateral shoot development. Genetic crosses between DR4 antisense lines and plants expressing GUS driven by an auxin responsive promoter resulted in massive increase of the reporter gene expression in the hybrid lines indicating that in planta, DR4 acts as a negative regulator of auxin responsive genes. These data represent the first description of phenotypes associated with down-regulation of an Aux/IAA gene and uncover for the first time the essential role of these factors in leaf morphogenesis and fructification.
Le développement des fruits de l’anthèse à la maturation est un processus génétiquement programmé dont le déroulement se trouve sous un contrôle multihormonal. Alors que l’éthylène joue un rôle déterminant au cours de la maturation des fruits climactériques comme la tomate, les modalités d’intervention des autres hormones ne sont toujours pas connues. Une approche de criblage différentiel a permis d’isoler au laboratoire plusieurs gènes codant pour des régulateurs transcriptionnnels impliqués dans la réponse à l’auxine et montrant un profil d’expression qui varie au cours de la maturation et en réponse à l’éthylène. Le travail présenté dans cette thèse est focalisé sur la caractérisation fonctionnelle du gène DR4 apparenté à la famille des Aux/IAA de la tomate dont le rôle en tant que médiateurs de la réponse des plantes à l’auxine est bien connu. Alors que de nombreux mutants gain de fonction touchant les gènes Aux/IAA ont été décrits chez Arabidopsis, de façon remarquable, aucun mutant perte de fonction n’a été caractérisé à ce jour. Le travail présenté ici montre que la sous-expression du gène DR4 chez la tomate affecte plusieurs processus de développement dépendant de l’auxine. Ainsi, les lignées transgéniques exprimant une construction anti-sens du gène DR4 (DR4AS) montrent un phénotype pléïotropique qui touche essentiellement la morphologie des feuilles et le développement du fruit. Les lignées DR4AS possèdent des feuilles simples et non pas composées comme chez le sauvage et le développement des fruits survient en l’absence de toute pollinisation et fécondation ce qui conduit à la production de fruits parthénocarpiques. Les plantes DR4AS montrent également plusieurs phénotypes associés à une réponse exacerbée à l’auxine tel qu’une forte élongation de l’hypocotyle, de la tige et de la racine, une réduction de la dominance apicale, des fusions d’organes et une transition d’un développement basipétal des tiges axillaires à un mode acropétal. Les croisements génétiques des plantes DR4AS avec des lignées exprimant le gène GUS sous contrôle d’un promoteur répondant à l’auxine engendre une augmentation substantielle de l’expression du gène rapporteur dans les lignées hybrides indiquant que la protéine DR4 agit comme régulateur négatif des gènes de réponse à l’auxine. Les données présentées dans cette thèse constituent la première description de phénotypes associés à une sous-expression d’un gène Aux/IAA et révèlent pour la première fois le rôle essentiel joué par un membre de la famille des Aux/IAA dans la morphogenèse des feuilles et le développement du fruit.
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  • HAL Id : tel-04090093 , version 1

Citer

Hua Cassan-Wang. Auxin-Dependent Transcriptional Regulation During Fruit Development: Functional Characterization of the DR4 Gene, an Aux/IAA Homologue in Tomato (Lycopersicon esculentum, Mill). Vegetal Biology. INP ENSAT Toulouse; INP Toulouse, 2004. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04090093⟩
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