Caractérisation des gènes AtNCED impliqués dans la biosynthèse de l'acide abscissique dans la graine d'Arabidopsis thaliana - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2005

Caractérisation des gènes AtNCED impliqués dans la biosynthèse de l'acide abscissique dans la graine d'Arabidopsis thaliana

Valérie Lefebvre

Abstract

The plant hormone abscisic acid (ABA) is involved in the response and adaptation to stress, as well as seed maturation and germination. ABA is produced from cleaved carotenoids (C40) and the early steps in its biosynthesis are common with those for the formation of pigments such as carotene and lycopene. Identification of the ABA deficient, viviparous mutant (vp14), enabled the cloning of a gene encoding a 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (NCED) (Schwartz et al., 1997) responsible for the cleavage of carotenoids to form xanthoxin (C15), considered to be the rate limiting reaction of the biosynthesis pathway. The subsequent analysis of these enzymes in other species found that they were encoded by multigene families, and that in Arabidopsis the family was composed of 9 members, termed AtNCED, only 5 of which appeared to be involved in ABA biosynthesis (Iuchi et al., 2001) (Tan et al., 2003). The work presented in this thesis concerns the characterisation of the AtNCED genes implicated in ABA biosynthesis in Arabidopsis seeds. An initial study of the 7 genes most homologous to VP14 was carried out with regard to their expression during seed development and in vegetative tissues. This found that 5 of the genes were expressed in seeds. Of these, AtNCED6 and AtNCED9 showed transcript accumulation that was specific to siliques. The detailed analysis of their expression patterns enabled AtNCED6 transcripts to be localised to the endosperm throughout seed development, with a peak in abundance at 14 DAF. The AtNCED9 gene was expressed slightly earlier that AtNCED6, and transcripts were detectable in both seed embryos and endosperm. The phenotypes observed for Atnced9 and Atnced6 mutants were similar and weaker than those observed for ABA deficient mutants affected in unique genes. ABA biosynthesis was apparently only affected in seeds, as observed by reduced ABA levels and paclobutrazol resistance; seed dormancy was, however, unaltered. Dormancy and the requirement of gibberellins for germination would appear, therefore, to be differentially regulated by ABA. In contrast, seeds of the Atnced6, Atnced9 double mutant were less dormant. This implies that ABA synthesized in the endosperm participates in the process of dormancy imposition during seed development. Furthermore, seed fatty acid composition in the Atnced6 mutant was different from that of wild-type, which indicates that ABA synthesized in the endosperm is also involved in the regulation of seed reserves. Analysis of the expression of two other genes, AtNCED2 and AtNCED3, found that although their temporal expression patterns were similar during seed development, the spatial expression patterns were different, suggesting that each enzyme could participate in the synthesis of ABA pools with distinct physiological roles.
L'acide abscissique (ABA) est une hormone végétale impliquée dans la réponse des plantes aux stress et également dans la maturation et la germination des graines. L'ABA est issu du clivage des caroténoïdes (C40) et les étapes précoces sont communes à la formation de pigments, tels que le carotène et le lycopène par exemple. L'étude d'un mutant vivipare de maïs, vp14, déficient en ABA, a permis de cloner l'un des gènes impliqués dans l'étape de clivage des caroténoïdes en xanthoxine (C15), catalysé par les 9-cis-époxycaroténoïdes dioxygénases (NCED) et considéré comme l'étape limitante dans la biosynthèse de l'ABA (Schwartz et al., 1997). L'étude ultérieure de ces enzymes dans plusieurs espèces a montré qu'elles étaient codées par des familles multigéniques et cette famille comporte 9 membres appelés AtNCED chez Arabidopsis, mais seulement 5 d'entre-eux seraient impliqués dans la biosynthèse de l'ABA (Iuchi et al., 2001) (Tan et al., 2003). Ce travail de thèse a porté sur la caractérisation des gènes AtNCED impliqués dans la biosynthèse de l'ABA dans la graine d'Arabidopsis. Dans ce but, nous avons tout d'abord déterminé les expressions des 7 AtNCED les plus homologues à VP14 au cours du développement des siliques et dans les parties végétatives. Cette étude a montré que les 5 gènes potentiellement impliqués dans la biosynthèse de l'ABA sont exprimés dans les graines. Parmi eux, AtNCED6 et AtNCED9 présentent une accumulation de leurs transcrits exclusivement dans les siliques. L'analyse détaillée de leurs patrons d'expression a permis de localiser les transcrits d'AtNCED6 dans l'albumen des graines à tous les stades de développement, avec un pic d'accumulation à 14 JAF. Le gène AtNCED9 s'exprime légèrement plus tôt qu'AtNCED6, et ses transcrits ont été détectés dans l'embryon, ainsi que dans l'albumen des graines. Les mutants Atnced9 présentent des phénotypes similaires aux mutants Atnced6, plus faibles que des mutants ABA-déficients affectés dans des gènes uniques. Ils présentent une déficience en ABA uniquement dans les graines, qui se traduit par une réduction de la teneur en ABA et une résistance au paclobutrazol, mais la dormance des graines n'est pas affectée. La dormance et le besoin en gibbérellines pour germer seraient donc deux événements physiologiques régulés différemment par l'ABA. Par contre, les graines des doubles mutants Atnced6, Atnced9 présentent une dormance réduite. Ceci implique la participation de l'ABA synthétisé dans l'albumen dans le phénomène de mise en place de la dormance au cours du développement de la graine. De plus, la composition en acides gras des mutants Atnced6 est différente du sauvage, donc l'ABA synthétisé dans l'albumen intervient également dans la régulation de l'accumulation des réserves de la graine. L'analyse de l'expression de deux autres gènes, AtNCED2 et AtNCED3, montre que leurs transcrits s'accumulent en même temps au cours du développement de la graine, mais leurs patrons spatial d'expression diffèrent, suggérant que chaque enzyme pourrait permettre la synthèse de pools d'ABA impliqués dans des processus physiologiques distincts.
Fichier principal
Vignette du fichier
these_complete.pdf (2.68 Mo) Télécharger le fichier

Dates and versions

pastel-00001585 , version 1 (03-02-2006)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00001585 , version 1

Cite

Valérie Lefebvre. Caractérisation des gènes AtNCED impliqués dans la biosynthèse de l'acide abscissique dans la graine d'Arabidopsis thaliana. Life Sciences [q-bio]. INAPG (AgroParisTech), 2005. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001585⟩

Collections

PASTEL PARISTECH
711 View
2751 Download

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More