Apports de l'étude de mutants de tomate à la compréhension de la régulation du développement du fruit et du rendement

Abstract

Le rendement en fruits est un trait majeur et représente un enjeu agronomique important notamment pour la tomate, Solanum lycopersicum. Il s'agit d'un trait multigénique pour lequel le déterminisme physiologique n'est pas entièrement compris. Le rendement en fruits est principalement déterminé par la valeur adaptative de la plante, définie à la fois par les performances des organes végétatifs et reproducteurs. De nombreux gènes ou QTL impliqués dans la régulation de la morphologie des tissus du fruit et/ou de la division/expansion cellulaire ont un effet sur la croissance des fruits, avec des conséquences sur le rendement. Dans ce contexte, mon travail de thèse visait à identifier, valider et caractériser les mutations causales responsables d’altérations du développement des fruits et du rendement en suivant des approches de génétique directe et inverse.J’ai d’abord cherché à identifier les mutations causales responsables d’un phénotype d'augmentation du rendement chez deux mutants EMS d'une collection Micro-Tom. Les analyses phénotypiques ont mis en évidence une augmentation du rendement total de +13 et +27% chez les mutants P17F7 et P22H3 principalement due à des changements de taille du fruit. Le phénotypage des composantes du rendement dans les populations en ségrégation BC1F2 associé à une stratégie de cartographie par séquençage, du génotypage KASPAR et à une « Bulk Segregant Analysis », m'a permis d'identifier deux loci sur les chromosomes 04 et 08 liés à l’augmentation de rendement. Un locus délétère fort a été identifié sur le chromosome 09 chez P17F7. Une cartographie basée sur le génotypage KASPAR des mutations EMS m'a permis de localiser les QTL de rendement sur la carte génétique. Les résultats ont mis en évidence un homologue d’AtSWELLMAP1, comme gène candidat pour le locus délétère du chromosome 09 dont la production de lignées transgéniques a été entreprise. Pour les chromosomes 04 et 08 plusieurs gènes candidats ont été identifiés. Des analyses de rendement couplées à une sélection assistée par marqueurs d’individus BC1F3/F4 recombinants ou la validation par lignées transgéniques sont désormais nécessaires afin d'identifier les mutations causales.Par ailleurs, j'ai réalisé la caractérisation fonctionnelle du facteur de transcription SlZFP2, de type zinc finger-C2H2, impliqué dans le développement du fruit et la différenciation du tissu loculaire. Il a été précédemment montré que l'inactivation du facteur de transcription SlZFP2 par insertion d’un rétro-transposon était responsable de l’inhibition de la croissance du tissu loculaire, le tissu gélifié qui entoure les graines. Ce tissu se différencie à partir des cellules de l'axe central ou placenta après la fécondation des fruits et est considéré comme important pour le développement des graines et la maturation du fruit. Au cours de ce travail, j'ai montré que les lignées SlZFP2 CRISPR/Cas9 KO présentent un défaut majeur de développement du tissu loculaire et de la forme des graines ainsi qu'une réduction de la taille et du poids final des fruits. Les analyses histologiques et cytologiques réalisées de 0 à 25 jours après anthèse (JAA) ont révélé que l’inhibition de la croissance du tissu loculaire était due à une réduction drastique de la taille des cellules et des niveaux de ploïdie par rapport aux lignées WT dès 4 JAA. Les analyses RT-qPCR ont montré que les régulateurs moléculaires des mécanismes de division cellulaire et d'endoréduplication présentaient des changements significatifs des profils d'expression suggérant que SlZFP2 pourrait être impliqué dans la synchronisation et/ou la régulation de ces deux processus. La microdissection par capture laser couplée au RNA-seq du tissu loculaire du fruit 4 JAA dans le WT et une lignée CRISPR/Cas9 a permis de mettre en évidence les changements d'expression globaux entre les deux lignées et de proposer une première liste de cibles directes potentielles du facteur de transcription SlZFP2.