Contrôle épigénétique du développement et de la qualité des fruits de tomate

Abstract

L’étude du contrôle de l’expression des gènes a été, au cours de ces dernières années, révolutionnée par la découverte des régulations épigénétiques. Parmi les différents acteurs participant à ces régulations se trouvent les protéines du groupe Polycomb (PcG). Ces protéines, initialement découvertes chez la drosophile, sont responsables de la mise en place et du maintien de "marques épigénétiques" au niveau de gènes cibles, qui sont alors réprimés. Les protéines PcG agissent sous forment de trois complexes dinstincts chez les animaux nommés PRC1 (Polycomb Repressive Complex 1), PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2) et PhoRC (Pleiohomeotic Repressive Complex); le PRC2 possédant une activité histone méthyltransférase de type H3 K9/27. Chez les plantes, seules trois classes de protéines PcG sont retrouvées: la classe des Enhancer of zeste E(z), des Extra Sex Combs (ESC) et des Supressor of zeste 12 (Su(z)12), formant le complexe PRC2. Leur rôle dans le développement des plantes a été mis en évidence chez Arabidopsis, au niveau du gamétophyte femelle et de la graine, du maintien de l’état végétatif, de l’identité florale et de la vernalisation. Cependant leur implication dans le développement du fruit reste inconnue. Mon travail a permis d'identifier et de caractériser deux gènes PcG de la classe des E(z) de tomate exprimés dans le fruit, nommés SlEZ1 et SlEZ2. Les proteines SlEZ1 et SlEZ2 présentent l’ensemble des domaines caractéristiques des protéines de cette classe et sont localisées dans les noyaux. Les expériences de double hybride révèlent que les protéines SlEZ1 et SlEZ2 sont capables de former des complexes de type PRC2 avec certaines autres protéines PcG de tomate (de type ESC et Su(z)12). Ceci suggère que SlEZ1 et SlEZ2 sont effectivement des protéines fonctionnelles. L’analyse de des profils d’expression des gènes SlEZ1 et SlEZ2 révèle une expression ubiquitaire dans la plante au niveau de l’appareil végétatif, de la fleur et dans le fruit. Cependant, dans la fleur, seul SlEZ1 présente une expression dans les étamines tandis que les ARNm de SlEZ2 sont présent de façon spécifique dans le tissu de transmission du style. Dans le fruit, SlEZ1 est exprimé de façon constante, tandis que SlEZ2 semble faiblement exprimé dans les fruits en cours de mûrissement. Afin d’identifier la fonction de SlEZ1 dans le développement du fruit, des plantes transgéniques sous-exprimant SlEZ1 de façon constitutive ont été générées. Elles présentent une morphologie altérée de la fleur: les étamines sont torsadées et ne forment pas de cône staminal fermé. De plus, une augmentation du nombre moyen de carpelles par fruit est observée.

The control of gene expression has been challenged by the discovery of epigenetic regulation. Among the different factors involved in epigenetic regulations, the Polycomb (PcG) proteins are known to repress gene expression by setting epigenetic marks. The PcG protein, initially discovered in drosophila, act together in three distinct complexes named PRC1 (Polycomb Repressive Complex 1), PRC2 (Polycomb Repressive Complex 2) and PhoRC (Pleiohomeotic Repressive Complex). PRC2 complexes methylate histone H3 on lysines K9/27. In plants, only three classes of PcG protein has been found: the Enhancer of zeste (E(z)) class, the Extra Sex Combs (ESC) class and the Supressor of zeste 12 (Su(z)12) class, which belong to the PRC2. Their function in plant development has been brought to light in Arabidopsis thaliana. They control female gametophyte and seed development, maintain the vegetative development, and are involved in floral identity and vernalization. However, their function in fruit development is still unknown. My work was aimed to identify and characterize two PcG genes, named SlEZ1 and SlEZ2, encoding tomato E(z) class proteins. SlEZ1 and SlEZ2 proteins contain all the five E(z) characteristic domains and are both localized in the nucleus. Furthermore, as double-hybrid experiments reveal that both SlEZ1 and SlEZ2 proteins are able to form PRC2 complexes and interact with PcG proteins of other classes (ESC and Su(z)12 classes), it seems that these proteins are functional. Their expression profiles reveal ubiquitous expression during vegetative development (leaves, buds, stems) and reproductive development (flowers and fruits). However SlEZ1 is specifically expressed in the stamens whereas SlEZ2 shows specific expression in the transmitting tissue of the style. Moreover, their expression during fruit development shows some differences: if SlEZ1 expression is almost constant, SlEZ2 expression decreases during fruit development. In order to indentify SlEZ1 functions in fruit development, transgenic plants underexpressing constitutively SlEZ1 have been generated. These plants present altered flower morphology with twisted stamens and increased carpel number fruits.