Functional analysis in Hevea brasiliensis of HbERF-IXc4 and HbERF-IXc5 genes, two potential orthologs of the ERF1 gene from Arabidopsis
Le caoutchouc naturel (CN), a cis-1,4-polyisoprene, est produit principalement par Hevea brasiliensis (Willd. Ex A. Juss.) Müll. Arg. Le CN est un matériau très important pour l'industrie du transport et médicale. La demande en CN augmente d'année en année. Le CN est obtenu à partir du latex. Le latex s'écoule des laticifères après saignée de l'écorce des hévéas. L'éthéphon, un libérateur d'éthylène, peut être appliqué sur certains clones d'hévéa pour stimuler la production de latex. La saignée et la stimulation à l'éthéphon sont des stress de récolte conduisant à la production de métabolites secondaires et par conséquence au caoutchouc. La biosynthèse et la signalisation de l'éthylène (ET) et de l'acide jasmonique (JA) jouent un rôle crucial dans la réponse aux stress de récolte. Deux gènes codant des facteurs de réponse à l'éthylène (ethylene response factor, ERF), HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5, ont été prédits être orthologue à ERF1 d'Arabidopsis. ERF1 est considéré comme un facteur clé de la réponse de défense à travers l'intégration des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. Les transcrits de HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 s'accumulent drastiquement t en réponse à des traitements combinant la blessure, le méthyl jasmonate, et l'éthylène. Ces facteurs sont ainsi supposés être des régulateurs clés au croisement des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate dans les laticifères. HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 ont plusieurs caractéristiques des facteurs de transcription révélés respectivement lors des expériences de trans-activation et de localisation subcellulaire : ils peuvent activer des éléments GCC agissant en cis des promoteurs des gènes cibles et ils sont présents au niveau du noyau. Dans cette étude, l'analyse fonctionnelle des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 a été effectuée par sur-expression de ces gènes sous le contrôle de deux promoteurs, 35S CaMV et HEV2.1 dans des lignées transgéniques d'Hevea obtenues par transformation génétique via Agrobacterium tumefaciens. Cette sur-expression a conduit à augmenter les effets des gènes natifs HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Vingt-neuf lignées à activité GFP ont été sélectionnées sur un milieu contenant de la paromomycine. Au total, douze lignées des plantes ont été régénérées parmi lesquelles dix ont produit un nombre suffisant de plantes soit 1622 plantes transgéniques acclimatées en serre pour réaliser les observations de phénotypage. Ces dix lignées transgéniques ont été confirmée par hybridation moléculaire de type Southern. L'observation morphologique des plants jusqu'à un an montre que les deux gènes (HbERF - IXc4 and HbERF-IXc5) favorisent une meilleure croissance, en termes de hauteur des plants, du diamètre des tiges, et du poids frais et sec des parties aériennes et racinaires, avec une plus forte vigueur et tolérance aux stress abiotiques. Les plants sur-exprimant HbERF-IXc5 ont aussi une meilleure performance que ceux sur-exprimant HbERF-IXc4. Ces résultats montrent aussi un système racinaire plus vigoureux et bien équilibré par rapport à la plante entière. Les analyses de RT-PCR en temps réel révèlent que l'abondance de transcrits des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 était plus importante chez les lignées transgéniques que la lignée sauvage L'analyse fine des lignées HbERF-IXc5 montre aussi des modifications anatomiques (activité cambiale, nombre de cellules laticifères, amidon, et largeur du xylème). Ce travail est la première analyse fonctionnelle de facteurs de transcription chez Hevea. Des différences ont été observées entre les lignées HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Comme ERF1, HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 doivent diriger la réponse à certains stress. HbERF-IXc5 serait un régulateur de la différentiation des laticifers. Cette étude pourrait être complétée par des analyses dans des lignées éteintes pour ces gènes, une comparaison des transcriptomes et métabolome de lignées sauvages et transgéniques, et l'identification des gènes cibles contrôlés par HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Ces résultats pourraient être appliqués à travers le développement de marqueurs génétiques pour la tolérance aux stress de récolte du latex et le développement de nouveaux stimulants pour des applications agronomiques.
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | thesis biblioteca |
| Language: | eng |
| Published: |
Montpellier SupAgro
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| Subjects: | F60 - Physiologie et biochimie végétale, F30 - Génétique et amélioration des plantes, Hevea brasiliensis, amélioration des plantes, sélection, gène, éthylène, rendement des cultures, biosynthèse, caoutchouc, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_3589, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_5956, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_6951, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_3214, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_2679, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_10176, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_928, http://aims.fao.org/aos/agrovoc/c_6678, |
| Online Access: | http://agritrop.cirad.fr/581743/ http://agritrop.cirad.fr/581743/1/2016_These_Lestari.pdf |
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| Summary: | Le caoutchouc naturel (CN), a cis-1,4-polyisoprene, est produit principalement par Hevea brasiliensis (Willd. Ex A. Juss.) Müll. Arg. Le CN est un matériau très important pour l'industrie du transport et médicale. La demande en CN augmente d'année en année. Le CN est obtenu à partir du latex. Le latex s'écoule des laticifères après saignée de l'écorce des hévéas. L'éthéphon, un libérateur d'éthylène, peut être appliqué sur certains clones d'hévéa pour stimuler la production de latex. La saignée et la stimulation à l'éthéphon sont des stress de récolte conduisant à la production de métabolites secondaires et par conséquence au caoutchouc. La biosynthèse et la signalisation de l'éthylène (ET) et de l'acide jasmonique (JA) jouent un rôle crucial dans la réponse aux stress de récolte. Deux gènes codant des facteurs de réponse à l'éthylène (ethylene response factor, ERF), HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5, ont été prédits être orthologue à ERF1 d'Arabidopsis. ERF1 est considéré comme un facteur clé de la réponse de défense à travers l'intégration des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate. Les transcrits de HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 s'accumulent drastiquement t en réponse à des traitements combinant la blessure, le méthyl jasmonate, et l'éthylène. Ces facteurs sont ainsi supposés être des régulateurs clés au croisement des voies de signalisation de l'éthylène et du jasmonate dans les laticifères. HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 ont plusieurs caractéristiques des facteurs de transcription révélés respectivement lors des expériences de trans-activation et de localisation subcellulaire : ils peuvent activer des éléments GCC agissant en cis des promoteurs des gènes cibles et ils sont présents au niveau du noyau. Dans cette étude, l'analyse fonctionnelle des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 a été effectuée par sur-expression de ces gènes sous le contrôle de deux promoteurs, 35S CaMV et HEV2.1 dans des lignées transgéniques d'Hevea obtenues par transformation génétique via Agrobacterium tumefaciens. Cette sur-expression a conduit à augmenter les effets des gènes natifs HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Vingt-neuf lignées à activité GFP ont été sélectionnées sur un milieu contenant de la paromomycine. Au total, douze lignées des plantes ont été régénérées parmi lesquelles dix ont produit un nombre suffisant de plantes soit 1622 plantes transgéniques acclimatées en serre pour réaliser les observations de phénotypage. Ces dix lignées transgéniques ont été confirmée par hybridation moléculaire de type Southern. L'observation morphologique des plants jusqu'à un an montre que les deux gènes (HbERF - IXc4 and HbERF-IXc5) favorisent une meilleure croissance, en termes de hauteur des plants, du diamètre des tiges, et du poids frais et sec des parties aériennes et racinaires, avec une plus forte vigueur et tolérance aux stress abiotiques. Les plants sur-exprimant HbERF-IXc5 ont aussi une meilleure performance que ceux sur-exprimant HbERF-IXc4. Ces résultats montrent aussi un système racinaire plus vigoureux et bien équilibré par rapport à la plante entière. Les analyses de RT-PCR en temps réel révèlent que l'abondance de transcrits des gènes HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 était plus importante chez les lignées transgéniques que la lignée sauvage L'analyse fine des lignées HbERF-IXc5 montre aussi des modifications anatomiques (activité cambiale, nombre de cellules laticifères, amidon, et largeur du xylème). Ce travail est la première analyse fonctionnelle de facteurs de transcription chez Hevea. Des différences ont été observées entre les lignées HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Comme ERF1, HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5 doivent diriger la réponse à certains stress. HbERF-IXc5 serait un régulateur de la différentiation des laticifers. Cette étude pourrait être complétée par des analyses dans des lignées éteintes pour ces gènes, une comparaison des transcriptomes et métabolome de lignées sauvages et transgéniques, et l'identification des gènes cibles contrôlés par HbERF-IXc4 et HbERF-IXc5. Ces résultats pourraient être appliqués à travers le développement de marqueurs génétiques pour la tolérance aux stress de récolte du latex et le développement de nouveaux stimulants pour des applications agronomiques. |
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