Exploration du rôle de signalisation des Mitogen-Activated Protein Kinases lors de la fécondation chez les plantes

La reproduction est un événement crucial pour la vie des plantes. Ce processus nécessite la formation du pollen et des ovules. Les cellules germinales vont subir la méiose puis une succession de mitoses, deux pour le pollen et trois pour l’ovule, ce qui va leur permettre d’acquérir leurs structures finales. Une fois formés, ces deux gamètes doivent se rencontrer. Pour cela, le grain de pollen va germer sur le stigmate puis former le tube pollinique. Le tube pollinique en croissance va traverser les différents tissus femelles et ainsi tracter les deux cellules spermatiques jusqu’à l’ovule, permettant la reproduction. Un important réseau de signalisation cellulaire est nécessaire pour permettre ces événements. Les cascades des Mitogen-Activated Protein Kinases (MAPKs) sont l’un des réseaux de signalisation les plus étudiés chez les plantes. Ces kinases sont impliquées dans de très nombreux processus développementaux tels que la formation de l’embryon ou des stomates. Pour autant, leurs rôles restent encore peu caractérisés pendant de la fécondation. Ce projet a pour objectif de mieux comprendre le rôle que jouent les MAPK lors de la formation des gamètes mâles et femelles ainsi que lors de la croissance des tubes polliniques. Plusieurs membres de la superfamille des MAPKs ont été caractérisés pour leurs rôles dans la reproduction sexuée des végétaux. De précédents travaux dans le laboratoire de Daniel P. Matton, ont démontré l’implication de deux MAPK Kinases Kinases (MAP3K), la Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) et ScFRK2. Ces deux kinases sont nécessaires pour le développement de l’ovule et du pollen chez S. chacoense, une espèce de pomme de terre sauvage diploïde. Dans un premier temps, nous avons étudié la fonction d’une nouvelle ScFRK, la ScFRK3. Ce troisième membre de la classe des FRKs chez S. chacoense, est, elle aussi, impliquée dans le développement des gamétophytes mâles et femelles. Du patron d’expression jusqu’à l’établissement d’une voie de signalisation potentielle, en passant par la caractérisation phénotypique des mutants, plusieurs expériences ont été réalisées dans le but de comprendre le rôle de ScFRK3 lors de la formation des gamètes chez Solanum chacoense. Nous montrons que la ScFRK3 est impliquée dans la formation du pollen ainsi que celui des ovules. Nous avons ensuite poursuivi nos recherches en affinant le phénotypage du mutant de surexpression ScFRK2. En effet, les précédentes études ont permis de montré que la surexpression de ScFRK2 conduit le primordium ovulaire à la formation de structures carpéloïdes. Pour autant, les ensembles des primordius ovulaires ne sont pas devenu des strutures capéloïde. Nous montrons ici que seulement 10 % des ovules dans l'ovaire sont devenu 4 des carpéloïde. Notre étude montre qu’en plus des structures carpéloïdes, un grand nombre d'ovule n'ont pas de sac embryonnaire à l'anthèse ce qui explique le faible nombre de graines par fruit. L’analyse du développement des sacs embryonnaires monte que la surexpression de ScFRK2 entraine l’arrêt au stade mégaspore fonctionnelle. Ce phénotype est similaire à ce qui a pu être observé dans les lignées ARN interférant pour la ScFRK1 et la ScFRK3. De précédentes études faites chez Arabidopsis thaliana semblent montrer que les membres de la superfamille des MAPK ne sont pas essentiels pour la croissance du tube pollinique. Pour comprendre le rôle que jouent les MAPK dans l’élongation du tube pollinique, nous avons utilisé un inhibiteur des MAP Kinase Kinase (MKK), appelé U0126. La présence de cette drogue dans le milieu de croissance des grains de pollen provoque une diminution de la germination et de l’élongation du tube pollinique. L’utilisation de la méthode semi-in vivo montre une perte de la polarisation de la croissance des tubes polliniques causée par l’inhibition des MKK. La présence de l’inhibiteur conduit à la diminution de la quantité de filaments d’actine ainsi qu’à leur désorganisation à l’apex du tube. L’exocytose est aussi affectée par l’inhibition des MKK. Les cascades MAPK sont nécessaires à la croissance polarisée du tube pollinique chez Arabidopsis thaliana. Pour finir, nous avons voulu identifier certains membres de la superfamille des MAPK impliqués dans la croissance du tube pollinique. Nous nous sommes intéressés en premier lieu aux orthologues de la famille ScFRK chez Arabidopsis thaliana. Les AtMAP3K19-20-21 sont les orthologues les plus proches de ScFRK3. Ces AtMAP3K sont exprimées lors du développement des grains de pollen et lors de l’élongation de tube pollinique. L’analyse du pollen des différentes lignées mutantes montre qu’en leur absence, le pollen ne présente aucun problème de développement contrairement à ScFRK3. Par contre, les doubles mutants et le triple mutant pour les AtMAP3K19-20-21 montrent une diminution de la capacité de germination. L’élongation du tube pollinique est affectée lors de la mutation d’au moins une des AtMAP3K. Ces deux études démontrent que les MAPK sont essentielles dans la formation et l’élongation du tube pollinique.

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