Régulation et études de fonction de facteurs de transcription MADS-box associés à la vernalisation chez le blé (Triticum aestivum L.)

La floraison, une des etapes cruciales du cycle de vie des plantes, est influencee par les facteurs environnementaux tels que la temperature et la duree d'ensoleillement. La majorite des especes vegetales evoluant en zones temperees ont fort avantageusement developpe des mecanismes d'adaptation leur permettant de mieux synchroniser leur developpement en condition de basses temperatures et de courte duree d'ensoleillement. En reponse au stress cause par une longue exposition aux basses temperatures, les plantes induisent un processus nomme vernalisation qui consiste a induire une floraison precoce chez les plantes sensibles. Cette capacite a promouvoir la floraison peut egalement etre acquise selon la sensibilite de chaque plante par une longue ou courte exposition de lumiere (photoperiode). Ces mecanismes d'adaptation favorisent une floraison au moment opportun et assurent une bonne reproduction. Chez Arabidopsis, des analyses genetiques et moleculaires ont demontre que l'expression de nombreux genes etait modulee en reponse aux variations de basses temperatures et de lumiere afin de bien synchroniser la transition florale. La plupart des genes ayant un role majeur dans la regulation de la floraison en reponse aux variations de temperatures et de lumiere code pour des proteines conservees chez les eucaryotes et impliquees dans divers aspects du developpement et la reproduction des especes: les facteurs de transcription de type MADS-box. D'ailleurs, toutes les voies de regulation de la floraison chez Arabidopsis convergent vers un represseur central, le gene FLC (Flowering locus C) qui code pour un facteur de transcription de type MADS-box. Chez les cereales, aucun homologue de FLC n'est, a ce jour, identifie et tres peu de genes MADS-box ont une fonction connue. Afin de pousser la caracterisation des genes MADS-box chez les cereales et d'elucider leurs roles lors de la regulation de la floraison, l'identification de cette famille de genes a ete entreprise chez le ble. Le ble hexaploide a ete choisi comme modele d'etude a cause de sa grande variabilite de reponses face aux stress, ce qui lui confere une grande resistance et aptitude a pousser dans des zones ou le climat et les saisons sont variables. De plus. il est plus interessant au niveau agronomique, nutritif et economique qu'Arabidopsis. Par contre, ce choix s'accompagne d'un grand defi du fait de la taille et de la complexite du genome du ble. mais egalement des caracteristiques structurales et evolutives de la famille de genes MADS-box. Pour ces raisons, une approche genomique combinant des outils bioinformatiques et des etudes moleculaires a ete utilisee. L'identification d'ADNc de MADS-box chez le ble hexaploide, par recherche de bases de donnees, par PCR ou criblage de banques, montre que plus d'une cinquantaine de facteurs MADS-box sont codes par ses genomes. En general, ces facteurs presentent une grande conservation de structures et de fonctions durant l'evolution chez les angiospermes. Une analyse moleculaire sommaire de membres de la famille MADS-box, en reponse a la vernalisation et a la photoperiode, a permis d'identifier et d'associer un de ces facteurs, nomme TaVRT-2, a la regulation de la floraison. En reponse a la vernalisation, l'ARNm de TaVRT-2 s'accumule seulement durant la phase vegetative du ble d'hiver et ce profil est inversement proportionnel a celui du gene majeur de vernalisation VRNl/TaVRT-l. Ce resultat suggerait que TaVRT-2 pouvait retarder la transition florale en reprimant l'expression de TaVRT-l ou bien que Ta VRT-I induisait la floraison apres la repression de TaVRT-2. Or, les etudes genetiques indiquaient que l'accumulation de TaVRT-l etait un des evenements les plus tardifs dans l'induction de la floraison. De plus, les etudes d'interactions proteiques indiquent que TaVRT-2 est capable de former des heterodimeres, surtout avec TaVRT-l. Enfin, la presence au niveau de son promoteur d'un element cis specifique au MADS-box suggerait plutot que TaVRT-2 regule negativement l'expression de TaVRT-l. Toutes ces donnees soutenaient l'hypothese que TaVRT-2 est un regulateur negatif de TaVRT-l et donc de la transition florale chez le ble. Grâce a des etudes de liaisons in vitro et par expression transitoire in vivo, il est demontre que la proteine TaVRT-2 reprime la transcription du gene TaVRT-l en se liant directement sur le promoteur et probablement en recrutant d'autres facteurs importants. Des etudes chez des plantes transgeniques confirment que TaVRT-2 est capable de retarder la floraison et qu'il est implique dans la voie autonome de regulation de la floraison. Le clonage des genes MADS-box de ble a permis de voir que les acteurs majeurs impliques dans la regulation de la vernalisation sont differents entre especes monocotyledones et dicotyledones. En ce sens, l'identification de TaVRT-2 constitue une contribution importante dans l'etude des mecanismes de regulation de la floraison. L'implication de TaVRT-2 dans les voies de regulation de la floraison (vernalisation, photoperiode et autonome) demontre qu'il est un represseur central de la floraison chez les cereales a l'instar de FLC chez Arabidopsis. Ces resultats montrent a quel point une meilleure comprehension des mecanismes d'adaptation des plantes face aux changements environnementaux peut contribuer a une bonne synchronisation de la floraison et du developpement chez les cereales. En perspective, cette etude offre des avenues interessantes sur le plan de l'amelioration des strategies agricultrices et de l'augmentation de la productivite cerealiere. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLES DE L’AUTEUR : Ble hexaploide, Facteurs de transcription, MADS-box, Floraison, Vernalisation, Photoperiode.